ctypes与C扩展的区别

Question

我有几个用于游戏项目的C函数。这些函数被频繁调用（约每秒2000-4000次）。这些函数采用C语言编写以获得更快的速度。

现在，将这些函数包含到Python中最简单的方法是使用ctypes。另一种选择是围绕这些函数编写一个C扩展到Python中（需要额外的努力）。因此，我想知道，在不包括DLL的初始加载的情况下，ctypes的开销有多大？

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我使用的是Python 2.7（标准的CPython版本），我不想使用像Cython这样的外部库。

我知道这个问题以前已经被问过，但我没有看到关于两个选项之间性能比较的更多信息。

- orlp

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嗯，PyPy的JIT自发布以来就可以为“ctypes”调用生成相当不错的代码。你可能想要试一试。我没有把这个作为答案发表，因为我手头没有硬数据，并且是否切换解释器对你是否可行也不是很清楚。 - user395760

我预计开销会相似。 - David Heffernan

@Delnan：这是我要发布的游戏 - 也要发布到Linux。我不能要求我的用户安装PyPy。 - orlp

请注意，如果您的用例是调用C库函数或系统调用，则应考虑使用ctypes模块而不是编写自定义C代码。 ctypes不仅可以让您编写Python代码以与C代码进行交互，而且在Python的实现之间更具可移植性，而编写和编译扩展模块通常会将您绑定到CPython。 - baco

Answer 1

我比较了一个C扩展和ctypes包装器的性能。在我的特定测试中，差异约为250倍。由于多次调用了C库，因此ctypes包装器还执行了Python代码。C库的运行时间非常短，这使得Python代码的额外开销更加显著。因此，比率在您的情况下可能会有所不同，但在我的情况下是显著的。

- casevh

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哪一个慢了 250 倍？ - user395760

从他的回答中，我可以看出 ctypes 包装器速度较慢。 - orlp

Answer 2

直接使用C编写的接口具有更快的潜力。瓶颈在于Python与C之间的接口，以及参数和结果的整合，例如复制字符串或将Python列表转换为/从C数组。如果您有一个循环，需要进行数百次这些调用，并且某些数据不必为每个调用单独进行整合，那么您所要做的就是在C中重新编码循环，您可能可以大量减少瓶颈。ctypes并没有给您这个选择：您只能直接调用现有的函数。

当然，这一切取决于您正在调用什么类型的函数以及传递什么类型的数据。如果您无法减少开销，那么我仍然期望ctypes会更慢，但也许不会显著。

您最好的选择是编写两种方式的代码示例并进行基准测试。否则，变量太多了，无法得出明确的答案。

- Duncan

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我们所讨论的数据是一个位掩码（用于碰撞检测）。我已经准备好了一个C语言实现，Python代码中传递的唯一数据是布尔值、坐标和新的Python位掩码类（它只包含指向实际数据本身的指针，该数据存储在C代码中）。 - orlp

对于位图，也许可以尝试使用numpy。内置的Python位图支持除了底层本机类型之外，其他都相当缓慢。 - tripleee