Cython 不仅是一个编译器，而且也是一个 Python 语言的超集。超集意味着任何有效的
Python 代码是允许的，并且它还具有一些额外的特性，如支持调用 C 函数或声明 C 类型的
变量和类属性。所以任何用 Python 编写的代码都可以用作为 Cython 语言使用。这解释了
为什么可以通过 Cython 编译器很容易地将普通的 Python 模块编译到 C。
但我们不会止步于这个简单的事实。我们引用的 fibonacci()函数也是 Python 超集
中的扩展的有效代码，我们将尝试做一点改进。我们不会对函数设计进行实质的优化，只
是做一些小的改动，使用 Cython 编写，我们就可以从中受益。
Cython 源文件使用不同的文件扩展名。它的扩展名是.pyx 而不是.py。假设我们仍
然想要实现我们的斐波纳契数列。fibonacci.pyx 的内容看起来可能是像这样的：
“”“提供斐波纳契数列函数的 Cython 模块”“”
def fibonacci(unsigned int n):
“”“递归计算返回斐波那契数列的第 n 项”“”
if n < 2:
return n
else:
return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)
正如你可以看到的，唯一真正改变的是 fibonacci()函数的签名。由于 Cython 中的
可选静态类型，我们可以将 n 参数声明为 unsigned int，这会稍微改进我们函数的工作
方式。此外，它比以前用手写扩展时做的更多。如果 Cython 函数的参数声明为静态类型，
那么扩展将通过抛出合适的异常来自动处理转换和溢出的异常，如下所示：
from fibonacci import fibonacci
fibonacci(5)
5
fibonacci(-1)
Traceback (most recent call last):
File “”, line 1, in
File “fibonacci.pyx”, line 21, in fibonacci.fibonacci (fibonacci.c:704)
OverflowError: can’t convert negative value to unsigned int
fibonacci(10 ** 10)
Traceback (most recent call last):
File “”, line 1, in
File “fibonacci.pyx”, line 21, in fibonacci.fibonacci (fibonacci.c:704)
OverflowError: value too large to convert to unsigned int
我们已经知道 Cython 只能进行源到源的编译，而生成的代码使用相同的 Python/C API，
我们在手动为扩展编写 C 代码时也使用到了这些 API。注意 fibonacci()是一个递归函
数，所以它经常调用它自己。这意味着虽然我们为输入参数声明了一个静态类型，但在递
归调用期间，它会像对待其他 Python 函数一样对待自己。因此，n-1 和 n-2 将被打包成
Python 对象，然后传递到 fibonacci()的内部实现，该实现会再次返回 unsigned int
类型。这将会一次又一次地重复发生，直到我们达到最终的递归深度。但涉及到比真正需
要更多的参数处理时，就可能出现问题。
我们可以通过将更多的工作委托给一个不知道 Python 结构的纯 C 函数来减少 Python
函数调用和参数处理的开销。之前，我们在使用纯 C 创建 C 扩展时这样做过，同样，也可
以在 Cython 中这样做。我们可以使用 cdef 关键字声明接受和返回 C 类型的 C 风格函数：
cdef long long fibonacci_cc(unsigned int n):
if n < 2:
return n
else:
return fibonacci_cc(n - 1) + fibonacci_cc(n - 2)
def fibonacci(unsigned int n):
“”" 递归计算返回斐波那契数列的第 n 项
“”"
return fibonacci_cc(n)
我们可以进一步优化。有了一个简单的 C 示例，我们终于展示了如何在调用我们的纯
C 函数期间释放 GIL，因此这个扩展对于多线程应用程序更加友好。在前面的例子中，我
们使用了来自 Python/C API 头文件中的 Py_BEGIN_ALLOW_THREADS 和 Py_END_ALLOW_
THREADS 预处理器宏，便于让 Python 调用这些代码。Cython 语法更短，更容易记住。在
代码中使用简单的 with nogil 语句可以释放 GIL，如下所示：
def fibonacci(unsigned int n):
“”" 递归计算返回斐波那契数列的第 n 项 “”"
with nogil:
result = fibonacci_cc(n)
return fibonacci_cc(n)
你也可以标记整个 C 风格函数是无 GIL 的安全的调用：
cdef long long fibonacci_cc(unsigned int n) nogil:
if n < 2:
return n
else:
return fibonacci_cc(n - 1) + fibonacci_cc(n - 2)
重要的是要知道这样的函数不能有 Python 对象作为参数或返回类型。每当标记为
nogil 的函数需要执行任何 Python/C API 调用时，它必须使用 with gil 语句获取 GIL。