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作为一种解释型语言Python在开发速度和灵活性方面具有明显的优势但在性能方面却不如编译型语言如C或Rust。对于性能要求苛刻的应用程序如果纯粹使用Python编写可能会运行缓慢影响用户体验。因此如何利用Rust来加速Python程序的运行速度成为一个值得探讨的话题。
在本文中我们比较Python和Rust的性能并介绍如何使用Rust加速Python程序。
1 Python和Rust性能比较
实验比较Python和Rust在计算50次迭代的30位斐波那契数的性能上的表现。
1.1 Python版本的代码
import timedef fib(n):if n 1:return nreturn fib(n - 1) fib(n - 2)def main(test_times50):start time.time()for _ in range(test_times):fib(30)print(fTotal time spent: {time.time() - start} s)main()
# Total time spent: 7.306154012680054 s结果超过7秒钟对于大多数应用而言都不太理想。
1.2 Rust版本
“惊人地快”——这就是Rust的官方网站描述其性能的方式。下面是在Rust中计算同样的斐波那契数
use std::time;fn fib(n: i32) - u64 {match n {1 | 2 1,_ fib(n - 1) fib(n - 2)}
}fn main() {let test_times 50;let start time::Instant::now();for i in 0..test_times {fib(30);}println!(Total time spent: {:?}, start.elapsed())
}
// Total time spent: 179.774166ms结果显示Rust版本的程序运行时间为179.774166毫秒比Python版本快了近40倍
虽然Rust在性能上有着明显的优势但对于Python开发人员来说Rust的语法并不优雅学习曲线也比较陡峭。
如果能够在大型项目中使用Python作为主要语言同时在需要提高性能的部分使用Rust来加速那将会是一种非常棒的解决方案。
2 用Rust重写缓慢的Python函数
Python社区已经在这个想法上做了很多工作。有几种方法可以将低性能的Python函数重写为Rust。
其中一种流行的方法是使用PyO3这是一个关于Rust绑定Python解释器的开源工具。下面看如何使用。
首先需要安装一个名为maturin的模块
pip install maturin然后通过以下命令初始化Rust所需的文件
maturin init如下面的截图所示有几种方法可以执行Rust绑定在此选择PyO3。 这一步将生成Rust绑定所需的文件和文件夹。现在需要做的是修改两个重要文件Cargo.toml和lib.rs。
Cargo.toml是一个包清单。它以TOML格式编写包含编译包所需的元数据。
在示例中只需要将相对名称更改为rustFib并保留其他设置的默认值。
[package]
name rustFib
version 0.1.0
edition 2021[lib]
name rustFib
crate-type [cdylib][dependencies]
pyo3 0.19.0可以在lib.rs文件中编写Rust代码并将其作为Python函数的替代品来提高程序的性能。
use pyo3::prelude::*;/// Rust中实现的Python函数
#[pyfunction]
fn fib(n: i32) - u64 {match n {1 | 2 1,_ fib(n - 1) fib(n - 2)}
}/// 将其作为Python模块。
#[pymodule]
fn rustFib(_py: Python, m: PyModule) - PyResult() {m.add_function(wrap_pyfunction!(fib, m)?)?;Ok(())
}最后只需要执行命令来编译Rust代码
maturin develop已经成功地用Rust构建了名为rustFib的Python包。它的速度会与原始Rust程序一样快吗
现在在Python中使用看看
import time
from rustFib import fibdef main(test_times50):start time.time()for _ in range(test_times):fib(30)print(fTotal time spent: {time.time() - start} s)main()
# Total time spent: 0.17684102058410645 s如上面的代码所示总共花费的时间现在是0.176 ms。真的使Python程序像Rust一样快啦
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