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將 Python 檔案編譯為 `.pyd` 二進位檔保護原始碼與提升效率

2025/05/01 Python

前言

在實務專案開發中，有時我們並不希望自己的 Python 原始碼（.py）被直接查看或輕易地被他人反編譯。Python 提供了多種檔案格式，包括 .py、.pyc、.pyo、.pyw、.pyd 等等，其中只有 .pyd 格式不易被反編譯，因為它本質上是二進位檔案（Windows 平台的 Extension Module），且相較於一般的 Python 程式碼，經過編譯後的 .pyd 檔案還能提供更快的執行速度。

本文將詳盡介紹如何透過 Nuitka 工具將 .py 檔案轉換為 .pyd 格式，進一步保護程式原始碼並提高運行效能，並進一步介紹如何處理更進階的案例，例如將整個資料夾核心用 .pyd 包起來。

Python .pyd 格式說明

Python 中的 .pyd 檔案是在 Windows 平台上使用的 Python 動態連結函式庫（Dynamic Link Library，DLL），通常是由 C、C++ 等編譯型語言所撰寫，編譯後提供給 Python 作為模組直接使用。

.pyd 檔案特點及用途：

  1. 用途與 DLL 類似：
    • .pyd 本質上為特殊的 DLL 檔案，專供 Python 使用。
    • Python 可直接透過 import 指令載入 .pyd 模組。
  2. 提升效能：
    • 使用 .pyd 模組通常是為了解決純 Python 程式效能不足的問題，透過 C、C++ 等語言提供高效能函式。
  3. 使用場景：
    • 廣泛用於科學計算、影像處理、數值運算或資料庫連接。
    • 常見的 NumPy、SciPy、OpenCV 等函式庫中也經常包含 .pyd 檔案以增進效率。
  4. 跨平台差異：
    • Windows 使用副檔名為 .pyd。
    • Linux 或 macOS 則使用 .so (Shared Object)。

如何使用 .pyd 模組：

將 .pyd 檔案放在 Python 可存取的路徑（如當前工作目錄）中，透過以下方式匯入：

import mymodule  # 檔案為 mymodule.pyd

即可於 Python 中直接使用。

1. Nuitka 工具介紹與安裝

Nuitka 是一款優秀的 Python 編譯器，能夠將純 Python 程式轉換成高效能的二進位執行檔或 Extension Module。它的使用非常簡單，並能有效地將 Python 程式碼轉換為二進位格式。

首先，安裝 Nuitka：

pip install nuitka

2. 建立要編譯的 Python 範例檔案

這裡我們以一個非常簡單的加法函式為例，新建一個名為 add.py 的 Python 檔案。

# add.py
def add(a, b):
    return a + b

3. 將 .py 編譯成 .pyd 文件

在建立好範例檔案之後，開啟終端機，進入到 add.py 所在的目錄，執行以下指令：

nuitka --python-flag=no_warnings,-O,no_docstrings --remove-output --no-pyi-file --module add.py

編譯完成後，目錄中將會產生一個名為 add.pyd 的二進位檔案（Windows 平台）。此檔案不僅可有效保護你的原始碼，更能提高執行效能。

4. 如何載入並使用編譯後的 .pyd 模組

你可以透過一般的 import 語法來使用剛剛生成的 .pyd 檔案。建立另一個測試檔案 test_add.py，以驗證編譯的模組是否可正常運行。

# test_add.py
import add

if __name__ == "__main__":
    x = 10
    y = 20
    result = add.add(x, y)
    print(f"{x} + {y} = {result}")

執行測試檔案：

python test_add.py

你將看到以下結果，表示模組運行成功：

10 + 20 = 30

5. 進階案例：將整個資料夾核心編譯成 .pyd 模組

實際的專案通常會包含多個 Python 檔案及資料夾，因此我們也需要了解如何將整個資料夾的核心程式碼編譯成單一 .pyd 檔案，以進一步保護專案的核心邏輯。

5.1 資料夾結構示範

app/
├── __init__.py
├── operations.py
└── utils/
    ├── __init__.py
    └── math_ops.py

5.2 建立每個檔案的內容

app/__init__.py

from .operations import add

app/operations.py

from .utils.math_ops import multiply

def add(a, b):
    result = a + b
    return multiply(result, 1)  # 範例中調用 multiply 進行示範

app/utils/__init__.py

from .math_ops import multiply

app/utils/math_ops.py

def multiply(a, factor):
    return a * factor

5.3 編譯指令

使用 Nuitka 編譯整個資料夾核心，可以使用以下指令：

nuitka --python-flag=no_warnings,-O,no_docstrings --remove-output --no-pyi-file --module app --include-package=app

編譯完成後，會產生 app.pyd 檔案。

5.4 測試編譯後的模組

建立測試檔案 test_app.py，確認編譯成功：

# test_app.py
import app

if __name__ == "__main__":
    result = app.add(5, 15)
    print(f"5 + 15 = {result}")

執行測試檔案：

python test_app.py

成功時會顯示：

5 + 15 = 20

6. 注意事項與建議

  • 雖然將 Python 檔案編譯成 .pyd 能有效地保護原始碼，然而要完全避免被反編譯的可能性，建議進一步配合其他加密或混淆技術（如 PyArmor）來提升安全性。
  • 編譯後的模組通常與特定的 Python 版本、平台環境（如 Python 3.x 與 Windows x64）綁定，需注意跨平台或跨版本部署的兼容性。
  • 在正式部署前，務必對編譯後的模組進行完整的測試，以確保所有功能都與原始 Python 檔案表現一致。
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