由于最近的几个项目都有接触到Cython的使用，也积累了一些Cython的经验，于是决定把上次的介绍续上（蜜汁发现刚好过了一年。。），将Cython的一些用法记录下来。这一些文章可以作为一些学习的参考，不过kick-start的话还是去看看之前的博文以及官方的例子吧~

Cython对C/C++内置类型的支持

Cython在类型设置上和C/C++是十分相似的，不仅默认支持基本C类型int、float、unsigned long等等以及他们的指针类型，还支持C的struct、union、enum以及C++的cppclass（即C++中的类）。需要注意的是在Cython中，定义C/C++对象都需要使用cdef关键字，或者使用cpdef关键字定义一个Python封装过的对象。另外Cython还通过ctypedef支持C/C++形式的typedef。下面是一些定义变量的例子：

cdef int i, j, k # i,j,k是C中的int类型
cdef float f, g[42], *h

cdef struct Grail: # C形式的结构体
    int age
    float volume
cdef Grail *gp # 结构体指针，注意不是cdef struct Grail

cdef enum CheeseState: # C++形式的枚举类
    hard = 1
    soft = 2
    runny = 3

cdef enum: # C形式的匿名枚举
    tons_of_spam = 3

size_t和Py_ssize_t也是受Cython语言支持的类型。如果想使用uint32_t形式的类型，则需要添加from libc.stdint cimport uint32_t形式的语句。
这些变量的作用域定义与Python是相同的，但是cdef定义的对象是不能import到Python代码中的，而cpdef定义的对象则可以。

Cython对Python内置类型的支持

尽管Cython兼容Python的语法，但是我们还可以通过cdef来使得Python对象具有静态类型，以提高运行效率。Cython在除了支持Python内置的list、dict、tuple外，还支持直接声明Python的基本类型，这需要通过from cpython cimport int形式的语句来实现。此外有一类特殊的类型是ctuple，能够直接定义tuple中元素的类型与数量，有些类似于C# 7中的语法，例子如下：

cdef dict sd # 直接定义内置类型，实际是PyDict对象

from cpython cimport int as pyint
cdef pyint big_a # PyInt对象

from libcpp cimport bool
cdef (int, unsigned long, bool) table # ctuple对象

Cython的类型映射

在将Python的基本类型对象与C/C++的基本类型对象进行相互赋值的过程中，Cython会进行自动的类型转换，可识别的转换规则有：

C types	From Python types	To Python types
[unsigned] char, [unsigned] short, int, long	int, long	int
unsigned int, unsigned long, [unsigned] long long	int, long	long
float, double, long double	int, long, float	float
char*^[1]	str/bytes	str/bytes
C array^[2]	iterable	list
struct	union	dict

[1] Python2中转换成str，Python3中转换成bytes [2] char数组除外

如果自动类型转换不被支持、或者自动转换类型不是所需类型的话，还可以使用强制类型转换，语法是在变量前加<type-name>，例如

from cpython.ref cimport PyObject

cdef extern from *:
    ctypedef Py_ssize_t Py_intptr_t

python_string = "foo"

cdef void* ptr = <void*>python_string
cdef Py_intptr_t adress_in_c = <Py_intptr_t>ptr

如果使用<type-name?>形式则会在转换时执行运行时检查

Cython中的模板

Cython还支持C++中的模板，语法是class_name[template_args]，不过模板参数目前只支持类型参数，因此更像是C#中的泛型。对模板的支持不仅是可以声明模板类，还可以支持绑定已有C++的模板类，这也是Cython区别于Boost.Python、Pybind11等C++端绑定库的重要一点。由于后者在编译期无法了解Python代码的使用需求，因此只能在编译器展开模板（Instantiation），而Cython则可以通过.pxd头文件保留模板的格式，在引用该库需要编译时再展开。

模板的应用例子如下：

from libcpp.vector cimport vector

cdef vector[int] vect
cdef int i, x

for i in range(10):
    vect.push_back(i)

参考内容：
Cython文档
 Cython文档 - Language Basics