Cython

Cython
Date de première version	2007
Paradigme	Programmation impérative, procédurale, structurée
Auteur	Greg Ewing
Développeur	Stefan Behnel, Robert Bradshaw, Lisandro Dalcín, Mark Florisson, Vitja Makarov, Dag Sverre Seljebotn
Dernière version	3.0.10 (30 mars 2024)
Typage	statique, faible
Influencé par	Python
A influencé	...
Implémentations	http://cython.org
Écrit en	Python
Licence	Licence Apache version 2.0 et licence Apache
Site web	cython.org

Cython est un langage de programmation et un compilateur qui simplifient l'écriture d'extensions compilées pour Python. La syntaxe du langage est très similaire à Python mais il supporte en plus un sous-ensemble du langage C/C++ (déclarations de variables, appel de fonctions, ...).

Le premier intérêt de Cython est qu'il produit du code nettement plus performant. Dans des programmes qui nécessitent par exemple la manipulation de grands tableaux, le gain peut aller jusqu'à un facteur 100. Par ailleurs, Cython permet d'écrire des interfaces Python à des bibliothèques externes écrites en C ou C++.

Cython est disponible pour la plupart des systèmes d'exploitation.

Fonctionnement

Le langage Python dès son origine supporte l'écriture de modules écrits en langage C. Cependant, cette procédure est laborieuse et délicate. Le compilateur Cython convertit ses fichiers sources en langage Cython (extension .pyx) vers le langage C ou C++. Dans un deuxième temps, ces fichiers C/C++ sont compilés sous forme de bibliothèques prêtes à être utilisées avec Python.

Cython automatise entre autres :

• la conversion automatique entre types Python et types C ;
• la compatibilité Python 2/Python 3 ;
• la gestion des erreurs.

Le compilateur Cython est lui-même écrit en Python.

Histoire

Cython est né comme sous-projet du logiciel libre de calcul formel SageMath en tant que fork du langage Pyrex. SageMath est un des logiciels qui utilise le plus de fonctionnalités de Cython.

Les programmes écrits en Cython possèdent l'extension .pyx. Dans sa forme la plus simple, le code source de Cython ressemble exactement au code source de Python. Cependant, alors que les variables, dans Python standard, sont typées dynamiquement ; le typage est facultatif. Ce qui permet d'améliorer les performances et de convertir les boucles Cython en boucles C lorsque cela est possible.

Par exemple :

def primes(int kmax):  # L'argument sera converti en nombre ou provoquera un TypeError.
    cdef int n, k, i  # Ces variables sont déclarées avec des types en C.
    cdef int p[1000]  # un autre typage C
    result = []  # un typage Python
    if kmax > 1000:
        kmax = 1000
    k = 0
    n = 2
    while k < kmax:
        i = 0
        while i < k and n % p[i] != 0:
            i = i + 1
        if i == k:
            p[k] = n
            k = k + 1
            result.append(n)
        n = n + 1
    return result

Utilisation dans le bloc-notes IPython/Jupyter

Un moyen plus simple de commencer avec Cython consiste à utiliser la ligne de commande IPython (ou via la console python dans le navigateur appelée Jupyter notebook):

In [1]: %load_ext Cython

In [2]: %%cython
   ...: def f(n):
   ...:     a = 0
   ...:     for i in range(n):
   ...:         a += i
   ...:     return a
   ...: 
   ...: cpdef g(int n):
   ...:     cdef long a = 0
   ...:     cdef int i
   ...:     for i in range(n):
   ...:         a += i
   ...:     return a
   ...: 

In [3]: %timeit f(1000000)
10 loops, best of 3: 26.5 ms per loop

In [4]: %timeit g(1000000)
1000 loops, best of 3: 279 µs per loop

ce qui donne une amélioration de 95 fois par rapport à la version en Python pur. Plus de détails sur le sujet dans la page officielle de démarrage rapide.

Liens externes

• Site Cython officiel (en anglais)
• Site de développement (github)