Numpy Cython: 不使用NumPy数组如何创建memoryview

在本文中，我们将介绍如何在Cython中创建一个memoryview对象，而不必通过NumPy数组的方式来进行。

阅读更多：Numpy 教程

什么是NumPy和Cython

在深入探讨如何创建memoryview之前，让我们先了解一下NumPy和Cython是什么。

NumPy

NumPy是Python科学计算的核心库之一。它提供了一种多维数组对象，以及一系列用于操作这些数组的函数。因此，NumPy可以被看作是Python语言的数学扩展。

以下是一个简单的NumPy数组示例：

import numpy as np

a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
print(a)

输出：

[[1 2 3]
 [4 5 6]
 [7 8 9]]

Cython

Cython是一种可以将Python代码转换为C代码的编译器。通过使用Cython，Python代码可以被转换为高效的C代码，并以此获得更好的性能。

以下是一个简单的Cython程序示例：

# cython_example.pyx

def hello_world():
    print("Hello, world!")

在使用Cython编译器将其转换为C代码之后，可以得到以下C代码：

// cython_example.c

#include <stdio.h>

void hello_world() {
    printf("Hello, world!");
}

使用memoryview

在Python中，一个数组对象可以被表示为一个memoryview对象。这个memoryview对象是一个指向内存缓冲区的指针，它可以被用于读取和写入数据，而无需进行复制或转换。因此，使用memoryview对象可以提高程序的性能和效率。

在Cython中，可以使用以下方式来创建一个memoryview对象：

cimport numpy as np

def some_func(np.ndarray[double, ndim=2] data not None):
    cdef np.ndarray[double, ndim=2] temp = data
    cdef double[:, ::1] view = temp

上述代码中，我们使用了NumPy和Cython中的一些关键字和语法：cimport、cdef、np.ndarray 和 [:, ::1]。

其中，cimport是用于导入C库中的函数和类型的指令。np.ndarray是一种NumPy中的类型，代表一个N维数组。而在Cython中，我们使用cdef来定义C语言的变量。

最后，[:, ::1]是用于创建一个memoryview的语法，其中[:, ::1]表示使用最高效的格式来访问数据。

不使用NumPy数组创建memoryview

虽然使用NumPy数组可以方便地创建memoryview，但有时候我们可能需要使用其他数据类型或数据结构来创建memoryview。在这种情况下，我们可以使用Cython提供的buffer类型来创建一个内存缓冲区，并将其转换为memoryview对象。

以下是一个使用buffer创建memoryview的示例：

def create_memoryview():
    cdef char *buffer = <char *>malloc(100)
    cdef double [:] data = <double [:]>buffer
    data[0] = 1.0
    data[1] = 2.0
    mv = memoryview(data)
    return mv

在上述代码中，我们首先使用malloc函数创建了一个大小为100字节的内存缓冲区。然后，我们使用buffer将这个缓冲区转换为一个double类型的指针，并使用data[:]创建了一个double类型的memoryview对象。最后，我们将这个memoryview对象返回。

你也可以通过以下方式来创建一个具有更复杂类型的memoryview：

def create_complex_memoryview():
    cdef char *buffer = <char *>malloc(100)
    cdef complex [:] data = <complex [:]>buffer
    data[0] =1 + 2j
    data[1] = 3 + 4j
    mv = memoryview(data)
    return mv

在上述代码中，我们首先使用malloc函数创建了一个大小为100字节的内存缓冲区。然后，我们使用buffer将这个缓冲区转换为一个complex类型的指针，并使用data[:]创建了一个complex类型的memoryview对象。最后，我们将这个memoryview对象返回。

总结

在本文中，我们介绍了如何在Cython中创建memoryview对象，而不必通过NumPy数组的方式来进行。我们了解了NumPy和Cython的概念，学习了使用memoryview来提高程序性能和效率的方法，并提供了使用buffer类型创建memoryview的示例代码。相信这些知识对于理解和使用Cython会有所帮助。