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处理大型矩阵(NxM 与 1K <= N <= 20K & 10K <= M <= 200K),我经常需要通过 Cython 将 Numpy 矩阵传递给 C++ 以完成工作,这可以按预期工作&无需复制。
然而,有时我需要在 C++ 中启动和预处理矩阵并将其传递给 Numpy (Python 3.6)。让我们假设矩阵是线性化的(所以大小是 N*M 并且它是一维矩阵 - col/row 主要在这里无关紧要)。按照这里的信息:exposing C-computed arrays in Python without data copies &修改它以实现 C++ 兼容性,我能够传递 C++ 数组。
问题是如果我想使用标准 vector 而不是初始化数组,我会得到段错误。例如,考虑以下文件:
fast.h
#include <iostream>
#include <vector>
using std::cout; using std::endl; using std::vector;
int* doit(int length);
fast.cpp
#include "fast.h"
int* doit(int length) {
// Something really heavy
cout << "C++: doing it fast " << endl;
vector<int> WhyNot;
// Heavy stuff - like reading a big file and preprocessing it
for(int i=0; i<length; ++i)
WhyNot.push_back(i); // heavy stuff
cout << "C++: did it really fast" << endl;
return &WhyNot[0]; // or WhyNot.data()
}
faster.pyx
cimport numpy as np
import numpy as np
from libc.stdlib cimport free
from cpython cimport PyObject, Py_INCREF
np.import_array()
cdef extern from "fast.h":
int* doit(int length)
cdef class ArrayWrapper:
cdef void* data_ptr
cdef int size
cdef set_data(self, int size, void* data_ptr):
self.data_ptr = data_ptr
self.size = size
def __array__(self):
print ("Cython: __array__ called")
cdef np.npy_intp shape[1]
shape[0] = <np.npy_intp> self.size
ndarray = np.PyArray_SimpleNewFromData(1, shape,
np.NPY_INT, self.data_ptr)
print ("Cython: __array__ done")
return ndarray
def __dealloc__(self):
print("Cython: __dealloc__ called")
free(<void*>self.data_ptr)
print("Cython: __dealloc__ done")
def faster(length):
print("Cython: calling C++ function to do it")
cdef int *array = doit(length)
print("Cython: back from C++")
cdef np.ndarray ndarray
array_wrapper = ArrayWrapper()
array_wrapper.set_data(length, <void*> array)
print("Ctyhon: array wrapper set")
ndarray = np.array(array_wrapper, copy=False)
ndarray.base = <PyObject*> array_wrapper
Py_INCREF(array_wrapper)
print("Cython: all done - returning")
return ndarray
setup.py
from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Distutils import build_ext
import numpy
ext_modules = [Extension(
"faster",
["faster.pyx", "fast.cpp"],
language='c++',
extra_compile_args=["-std=c++11"],
extra_link_args=["-std=c++11"]
)]
setup(
cmdclass = {'build_ext': build_ext},
ext_modules = ext_modules,
include_dirs=[numpy.get_include()]
)
如果你用
构建这个python setup.py build_ext --inplace
并运行 Python 3.6 解释器,如果您输入以下内容,则在尝试几次后会出现 seg 错误。
>>> from faster import faster
>>> a = faster(1000000)
Cython: calling C++ function to do it
C++: doing it fast
C++: did it really fast
Cython: back from C++
Ctyhon: array wrapper set
Cython: __array__ called
Cython: __array__ done
Cython: all done - returning
>>> a = faster(1000000)
Cython: calling C++ function to do it
C++: doing it fast
C++: did it really fast
Cython: back from C++
Ctyhon: array wrapper set
Cython: __array__ called
Cython: __array__ done
Cython: all done - returning
Cython: __dealloc__ called
Segmentation fault (core dumped)
需要注意的几点:
faster(1000000)
并将结果放入 variable a
以外的其他内容中,这将起作用。如果您输入较小的数字,例如 faster(10)
,您将获得更详细的信息,例如:
Cython: calling C++ function to do it
C++: doing it fast
C++: did it really fast
Cython: back from C++
Ctyhon: array wrapper set
Cython: __array__ called
Cython: __array__ done
Cython: all done - returning
Cython: __dealloc__ called <--- Perhaps this happened too early or late?
*** Error in 'python': double free or corruption (fasttop): 0x0000000001365570 ***
======= Backtrace: =========
More info here ....
令人费解的是,为什么数组不会发生这种情况?无论如何!
我经常使用 vector ,并且希望能够在这些场景中使用它们。
最佳答案
我认为@FlorianWeimer 的回答提供了一个不错的解决方案(分配一个 vector
并将其传递给您的 C++ 函数)但应该可以从 doit
返回一个 vector 并使用移动构造函数避免复制。
from libcpp.vector cimport vector
cdef extern from "<utility>" namespace "std" nogil:
T move[T](T) # don't worry that this doesn't quite match the c++ signature
cdef extern from "fast.h":
vector[int] doit(int length)
# define ArrayWrapper as holding in a vector
cdef class ArrayWrapper:
cdef vector[int] vec
cdef Py_ssize_t shape[1]
cdef Py_ssize_t strides[1]
# constructor and destructor are fairly unimportant now since
# vec will be destroyed automatically.
cdef set_data(self, vector[int]& data):
self.vec = move(data)
# @ead suggests `self.vec.swap(data)` instead
# to avoid having to wrap move
# now implement the buffer protocol for the class
# which makes it generally useful to anything that expects an array
def __getbuffer__(self, Py_buffer *buffer, int flags):
# relevant documentation http://cython.readthedocs.io/en/latest/src/userguide/buffer.html#a-matrix-class
cdef Py_ssize_t itemsize = sizeof(self.vec[0])
self.shape[0] = self.vec.size()
self.strides[0] = sizeof(int)
buffer.buf = <char *>&(self.vec[0])
buffer.format = 'i'
buffer.internal = NULL
buffer.itemsize = itemsize
buffer.len = self.v.size() * itemsize # product(shape) * itemsize
buffer.ndim = 1
buffer.obj = self
buffer.readonly = 0
buffer.shape = self.shape
buffer.strides = self.strides
buffer.suboffsets = NULL
然后您应该可以将其用作:
cdef vector[int] array = doit(length)
cdef ArrayWrapper w
w.set_data(array) # "array" itself is invalid from here on
numpy_array = np.asarray(w)
编辑: Cython 不太擅长使用 C++ 模板 - 它坚持编写 std::move<vector<int>>(...)
而不是 std::move(...)
然后让 C++ 推断类型。这有时会导致 std::move
出现问题。 .如果您遇到问题,那么最好的解决方案通常是只告诉 Cython 您想要的重载:
cdef extern from "<utility>" namespace "std" nogil:
vector[int] move(vector[int])
关于python - 通过 Cython 将 C++ vector 传递给 Numpy,无需自动复制和处理内存管理,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/45133276/
#include using namespace std; class C{ private: int value; public: C(){ value = 0;
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