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语言杂谈
- Rust
- Python
正片教程

语言杂谈

Rust

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Rust社区最近一直很火热，本人也赶着时髦，浅浅的学了一下Rust。不得不说语言的设计很新颖，解决了很多痛点，但同样也有不少问题，老C++人感觉最明显的就是写Rust需要考虑各种规则，编译器时刻提醒我是傻x让我很难受，不过我还是很看好Rust的，以后会是我的主力语言之一，希望这门语言能够越来越好(加入Rust邪教，重写一切吧)。

Python

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在很久以前，我一直对Python保持偏见，老C++人坚持手写一切，没使用Python之前，一听说调包就能完成各种功能，我对此十分鄙夷，这叫写代码？不知道底层，只要调包，这也太虚无了(语言没有高低之分，只有领域不同，原谅我年轻时的短见与无知)。等后面真的开始使用了，真香！太香了！人生苦短，我用Python！如果世界上只需要一门语言，那一定就是Python！从开始用Python之后，Lua、Perl、Bat、Shell这些脚本我就慢慢的不怎么用了，也算是另一种NTR了。

正片教程

Rust和Python一样有着丰富的包，Python的很多包底层都是C/C++编写的，而Rust天生就兼容C，那么可不可以用Rust为Python编写软件包，实现Python调用Rust？与原始的Python代码比起来，使用Rust代码具有更好的性能和速度。
显然我们能想到的，大佬们早早就想到了，PyO3就可以实现这个目标。PyO3 不仅仅提供了rust binding，也提供了创建Python包的开箱即用的脚手架工具maturin，使用maturin我们可以很方便地创建一个基于Rust开发的Python扩展模块。

实验环境

Python3.10
Windos 11
Rust 1.61

安装maturin&&创建项目

pip3 install maturin
maturin new rust_mod #项目名称默认会是Python的包名

选择pyo3，完成创建
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编写&&编译Rust模块

接下来就是的工作就是写编写Rust代码，打开lib.rs文件，默认会有一个模板，我们修改模板就行了。
#[pyfunction]宏是定义生成的Python包里的函数。
#[pymodule]宏是创建Python的包实现，在包里添加各种包内成员。
除了以上的这些还有几种别的宏，用于添加类，方法等等，详细参考PyO3文档，我们演示就用最简单的，创建几个函数，功能是都是实现二维码生成，但保存格式不同。

在Crates.io中查找qrcode包，在Cargo.toml中导入相关包。

[dependencies]
pyo3 = { version = "0.17.1", features = ["extension-module"] } //PyO3依赖，默认创建就有
qrcode = "0.12.0"
image = "0.23.14"

编写代码，可直接参考qrcode的crates.io中的示例代码。

use image::Luma;
use pyo3::prelude::*;
use qrcode::render::unicode;

/// 二维码图片生成函数
#[pyfunction]
fn qrcode_img(data: String, save_path: String) {
    // Encode some data into bits.
    let code = QrCode::new(data.as_bytes()).unwrap();
    // Render the bits into an image.
    let image = code.render::<Luma<u8>>().build();
    // Save the image.
    image.save(save_path).unwrap();
}

/// 二维码字符生成函数
#[pyfunction]
fn qrcode_str(data: String) {
    let code = QrCode::new(data.as_bytes()).unwrap();
    let string = code
        .render::<char>()
        .quiet_zone(false)
        .module_dimensions(2, 1)
        .build();
    println!("{}", string);
}

/// 二维码unicode生成函数
#[pyfunction]
fn qrcode_unicode(data: String) {
    let code = QrCode::new(data.as_bytes()).unwrap();
    let image = code
        .render::<unicode::Dense1x2>()
        .dark_color(unicode::Dense1x2::Light)
        .light_color(unicode::Dense1x2::Dark)
        .build();
    println!("{}", image);
}

/// A Python module implemented in Rust.
#[pymodule]
fn rust_mod(_py: Python, m: &PyModule) -> PyResult<()> {
    m.add_function(wrap_pyfunction!(qrcode_img, m)?)?;
    m.add_function(wrap_pyfunction!(qrcode_str, m)?)?;
    m.add_function(wrap_pyfunction!(qrcode_unicode, m)?)?;
    Ok(())
}

编译生成软件包。

cd rust_mod
maturin build -f -r

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完成编译生成whl文件：

注意：这里编译过程，-f不要去掉了，在windows平台测试，没有-f会报错，提示解释器路径无效，我反复测试了，应该是个Bug，不过好像并没有修复，有人在github上问过，但是没有解答
错误提示：
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安装包&&Python调用

使用pip安装包。

cd .\target\wheels\
pip3 install .\rust_mod-0.1.0-cp310-none-win_amd64.whl

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2. Python调用代码。

import rust_mod

if __name__ == '__main__':
    # 生成二维码图片保存
    rust_mod.qrcode_img("hello","./qrcode.png")
    # 生成二维码字符串
    rust_mod.qrcode_str("hello")
    print("\n")
    # 生成二维码unicode
    rust_mod.qrcode_unicode("hello")

运行结果：
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在文件夹中也生成了相应的qrcode.png。

性能对比

使用python的第三方库qrcode，进行性能对比。

安装qrcode。

pip install qrcode

Python性能测试代码。

import rust_mod
import qrcode
import time



if __name__ == '__main__':
    t0 = time.time()
    # rust包调用
    rust_mod.qrcode_img("hello", "./qrcode1.png")
    t1 = time.time()
    # python包调用
    img = qrcode.make("hello")
    img.save("./qrcode2.png")
    t2 = time.time()

    print("Rust time: %fs" % (t1-t0))
    print("Python time: %fs" % (t2-t1))

运行结果：
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这个性能差距还是挺大的，差了一个量级，不过这样对比不太公平，毕竟底层细节我们也不知道，没法控制变量，但是有一点可以知道，大多数时候Rust编写的包性能还是够的。

用Rust为Python编写软件包，PyO3与Maturin的快速使用