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Rust で Python の拡張ライブラリ作成 と numpy との性能比較

公開日: : 最終更新日:2017/12/07 Python, Rust , , , ,

この記事は Python Advent Calendar 5日目の記事です。遅れてすみません。

Rust で Python の拡張ライブラリを書く

なぜRustなのか

この当たりを書いていると時間が無くなりそうなので、割愛したい。ただ、C++に馴染みのあるユーザーで高速に動作するコードを手っ取り早く書いていくにはRustが良さそうであるというのが自分なりの理解。特に、パッケージマネジャー当たりの優秀さはC++にはなくとても助かりそうである。メモリマネジメントもC++よりストレスレス。

PythonのAdventでRustなの?

Pythonのヘビーユースしだすと、C/C++ Extention を書いたり、Cythonなどを使って高速化していくことは特別なことではなくなる。そのひとつの選択肢として、これからはRustが良さそうだということで、勉強を兼ねて今回の記事を書くことにした。私自身はRustの初心者なので、間違っているところ等があればぜひご指摘いただきたい。

Rustのインストール

Linux / MacOS ユーザーには上記コマンドで一発でインストールできる。Windowsユーザーはインストーラーを使ってインストールするが、RustはWindowsでは結構難があるので、その当たりは注意してほしい。

Rust コンパイル用 setuptools-rust をインストール

Rustをpythonのsetuptoolsを使ってコンパイルできるライブラリ。python setup.py を使って、rustのライブラリを作成できるようになる。

Python Rust Extention

どうやら2本ある様子。他の記事ではだいたい、rust-cpythonを紹介しているのが多い。

rust-cpython

PyO3

比較

rust-cpython custom class

  • rust-cpython uses whole new language based on macros
  • it is very hard to extend py_class! macros, for example async/await support.
  • generated functions are used for access to struct attributes.
  • To drop PyObject GIL is required.

pyo3 custom class

  • use proc_macro and specialization for class implementation (nightly is required)
  • pyo3 does not modify rust struct. it is possible to define needed traits and make rust type compatible with python class without using #[py::class] macro.
  • class customization is based on specialization and traits and associated types. separate trait is defined for each type
  • of customization (i.e. PyMappingProtocol, PyNumberProtocol). macro is used for simplicity, but it is possible to make rust type compatible with specific customization without using proc macros.
  • pyo3 does not inc ref for borrowed ptrs, PyObject does not need GIL to drop.
  • pyo3 at least 15% faster.

pyo3 のが速い(イケてる)と書いているので、 pyo3 を使っていきたかったが、rust-numpyがrust-cpythonにしか対応していないので、rust-cpythonを使う。githubスターはrust-cpthonのほうが多い。setuptools-rustはPyO3の開発チームによるもので、READMEではpyo3のみが紹介されている。

プロジェクト作成

どうやら、rust-cpythonは2.7では現状動かない様子。Python3 に環境を変更する。

Cargo.toml

Rustのライブラリの作成を行うので、必要dependenciesをセットしてください。rust-numpyはgithubから直接取得しておかないとちゃんと動かなかった。

lib.rc

rust-numpyrust-ndarrayに変換してくれるので、sum functionを呼んでみました。rustの拡張は引数とか返り値の設定とかを都度読み込みの設定をしなくていいので楽ですね。

setup.py

Build python package

性能比較

結構頑張ったけど、結局自作のnumpy用高速計算パッケージが一番早くて、numpyの標準ライブラリにも及ばない感じ。軽く調べたところ、rust-numpyのデータ変換だけで0.6秒かかっているので、速度で勝負するのは根本的に厳しそう。高速化できるのかな。

Github Repo

参考記事

RustでNumPyを拡張する – Qiita
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About Fx-Kirin

2009年10月にFXを開始、翌年2010年5月から脱サラをしてFX業界に専念。 2012年10月頃から本格的に勝ち始め、一月で資産を倍にする、2年半月間負けなし等、安定した収支で2013年11月に生涯FX収支が1億を超える。 投資スタイルはシステムトレード。プログラミングの知識がほぼない状態から、独学で自分がしたいと思うことであればほぼ実現することが可能なレベルまで成長。好きな言語はRuby, Python。必要となればC++からVBA、Pascal等なんでも行う。MT4/MT5のプログラミングも得意。 2011年にはFXで稼いだ資金をもとにシンガポールに移住し、留学も兼ねて起業をチャレンジするほど、ビジネスを興すことに熱意がある。国内の業者を主に使い始めたことから、2012年に帰国。零細株式会社経営中。

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