如何将装饰器应用于 Cython cpdef 函数

Question

我最近一直在玩 Cython，在将装饰器应用于 Cython 函数时遇到了这个错误

Cdef functions/classes cannot take arbitrary decorators

这是我正在修改的代码：

import functools

def memoize(f):
    computed = {}
    @functools.wraps(f)
    def memoized_f(main_arg, *args, **kwargs):
        if computed.get(main_arg):
            return computed[main_arg]
        computed[main_arg] = f(main_arg, *args, **kwargs)
        return computed[main_arg]
    return memoized_f

@memoize
cpdef int fib(int n):
    return 1 if n < 2 else fib(n - 1) + fib(n - 2)

该错误表明 cdef 函数只能采用 某些 装饰器。是否可以编写自己的装饰器来应用到 cdef 函数？

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编辑：对于未来的读者：

@DavidW 的回答中提到的g = plus_one(_g) 技巧有点有效。它不适用于递归。例如在我的示例代码中执行 fib = memoize(fib) 不会记住对 fib 的递归调用，尽管它确实会记住顶级调用。即调用fib(5) 将记住fib(5) 调用的结果，但它不会记住递归调用（即fib(4), fib(3), fib(2), fib(1)）

正如@DavidW 指出的，cdef, cpdef 函数在编译时完全确定；装饰是运行时的东西，不会更新实际功能。

Answer 1

否 - 你不能轻易地为 cdef 函数编写装饰器。 cdef 函数采用的装饰器类似于 cython.boundscheck 之类的东西，它们控制 Cython 代码生成而不是用户生成的函数。

cdef 函数和 def 函数之间的主要区别在于 cdef 函数具有 C 接口，而 def 函数成为 Python 可调用函数，因此可以从 Python 中使用（但调用它是效率稍低，因为必须根据 PyObjects 传递参数）。 [both内部的cdef和def函数是由Python编译的，所以唯一的性能差异来自调用开销]

装饰器的通常用途是获取任意 Python 可调用对象并对其进行一些修改。例如

def plus_one(f):
    def wrapper(*args,**kwargs):
       return f(*args,**kwargs) + 1
    return wrapper

现在尝试在 cdef 函数上使用它

cdef int g(double x, double y):
    # some implementation...

第一个问题是 g 被转换为像 int g(double x, double y) 这样的 C 代码，它可以由函数指针表示，但不能像 plus_one 期望的那样任意 Python 可调用。其次，wrapper 无法知道（从 C 函数指针）调用了哪些 gs 参数（不能执行 **kwargs）或执行 *args 扩展的任何简单方法。

您可以通过获取特定的函数指针类型并返回 Python 可调用对象来制作类似于装饰器的东西：

cdef plus_one(int (*f)(double, double):
    def wrapper(double x, double y):
       return f(x, y) + 1
    return wrapper

cdef int _g(double x, double y):
    # some implementation

g = plus_one(_g) # kind of like a decorator

然而，你已经失去了使用 cdef 函数的全部好处，因为 g 现在是一个通用的 Python 可调用函数，伴随着它的所有开销。

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附录：另一种说法是装饰器是 Python 的运行时特性（通常在模块导入时运行）。 cdef 函数是编译时 C 功能。虽然实现诸如“编译时装饰器”之类的东西可能并非不可能，但这对 Cython 来说将是一个非常重大的变化。