Cython中将动态数组转换为Python列表的方法？埃氏筛实现相关问题

为什么Cython无法直接转换C动态数组为Python列表 #

C语言的动态数组本质是指向堆内存首元素的原始指针，仅存储内存起始地址，不包含数组长度、元素类型这类元信息。而Python列表是自带长度管理、元素封装的高级内置对象，Cython无法自动识别原始指针指向的内存块包含多少有效元素，也无法自动完成C原始类型到Python对象的批量转换，因此直接强转会抛出类型错误，对指针解引用也只能获得首地址对应的第一个元素。
另外你原有代码中用malloc申请的堆内存没有手动释放，还会存在内存泄漏问题，这也是手动管理C内存的常见隐患。

typed memoryview是完全可行的方案 #

你最终采用的Cython数组搭配typed memoryview的实现是Cython官方推荐的原生方案，不需要引入任何第三方依赖，内存为连续的C级内存，访问速度和原始C数组完全一致，同时自带自动内存管理，不需要手动申请、释放内存，天然避免了内存泄漏风险。
你之前担心的列表推导式性能问题并不存在：

列表推导式实际运行速度极快
Cython会将遍历typed memoryview的列表推导式编译为纯C级循环，没有Python对象开销，运行速度极快，和手动写C循环拼接列表的性能几乎没有差异。

补充：malloc版本的修正方案 #

如果你坚持要使用手动malloc的实现方式，只需手动遍历指针将元素拷贝到Python列表，再释放对应内存即可，修改示例如下：

cpdef list primes_below(unsigned int x):
    cdef:
        unsigned int *primes = <unsigned int *> malloc(sizeof(unsigned int) * x)
        unsigned int counter = 0
        unsigned int i
        list res = []
    if primes == NULL:
        raise MemoryError()
    try:
        for i in range(2, x):
            if is_prime(i, primes, counter):
                primes[counter] = i
                counter += 1
        # 手动拷贝元素到Python列表
        for i in range(counter):
            res.append(primes[i])
        return res
    finally:
        free(primes) # 无论是否抛出异常都释放内存，避免泄漏

不过这种实现方式相对繁琐，对于你的场景确实属于过度设计，你最终优化后的版本已经是最佳选择。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mahyar Mahdavi