这是区别的一个简单示例:
i++
在C
中,C
可以编译成简单的inc REGISTER
指令(在x86-64机器上)。只需执行一小部分周期即可执行。
i += 1
可以使用dis
模块中的Python进行反汇编,通过dis.dis('i += 1')
该模块可以通知我们所涉及的字节码为:
1 0 LOAD_NAME 0 (i)
2 LOAD_CONST 0 (1)
4 INPLACE_ADD
6 STORE_NAME 0 (i)
8 LOAD_CONST 1 (None)
10 RETURN_VALUE
从技术上讲,所有的指令,在最终_NAME
成为_FAST
一个功能(我们拆开一个孤立的语句,所以它的表现略有不同),和LOAD_CONST (None)
/RETURN_VALUE
对将不是在一个真正的函数表达式存在(该功能必须这样做,但并非针对每个表达式),但足够接近。实际上,函数中的实际字节码将更像是:
1 0 LOAD_FAST 0 (i)
2 LOAD_CONST 0 (1)
4 INPLACE_ADD
6 STORE_FAST 0 (i)
这些指令中的每条指令都需要遍历一条switch
语句或经过计算goto
(取决于cpython的编译方式),加载下一条指令并更新代码位置信息(它还涉及反复检查以确保没有其他线程在请求GIL)。LOAD_FAST
并且LOAD_CONST
指令涉及到C数组查找和参考计数调整(单个参考计数调整仅i++
与以前相同,不同之处在于它必须更改内存而不是寄存器,因此速度较慢)。STORE_FAST
类似地,还涉及C数组查找,引用计数调整(以减小现有值),并经常释放内存(如果decref删除了对该值的最后一个引用)。INPLACE_ADD
必须动态查找并调用函数指针来执行加法(首先是通过几层函数间接实现),该过程本身必须提取每个Python的基础C值int
才能完成工作(如果数字足够大,这涉及到基于数组的数学运算,这很丑陋),(通常)创建一个全新的Pythonint
对象,并且还要进行更多的引用计数调整。
基本上,为了获得与C / C 在针对寄存器的单个廉价汇编指令中所做的等效操作,Python必须执行(估计)六个 函数 调用( 包括 一个通过 函数指针的 调用),数十个内存查找, 一个一打左右的引用计数调整等。坦率地说,最令人惊讶的是Python所花的时间仅比C 长约24倍。
我会注意到,这里的 相对 成本对于简单的数学运算而言最高。单个字节码执行的工作越多,解释器开销的重要性就越小。不幸的是,这种情况下,你的代码是什么,但 简单的数学,所以Python(至少,cpython的)是在最坏的情况在这里。
至于加快速度,主要规则是:
除此之外,您只需要接受动态类型的解释型语言总是会产生编译型,静态类型化语言所没有的开销。
def main():
sum = 1
for i in range(2, 100000):
for j in range(2, i):
if i%j == 0:
sum += 1
break
print(sum)
if __name__ == "__main__":
main()
您甚至可以将内部循环替换为:
sum += any(i % j == 0 for j in range(2, i))
尽管这不太可能带来任何性能上的好处,但是只是简化了一点代码。使用可以带来性能优势range
,它将增量和测试的所有基本数学运算捆绑到一个专用函数中,从而显着减少了开销。
为了说明字节码复杂度的不同,请考虑一个仅执行以下操作的函数,该函数使用while
和以及手动计数器或for
和进行循环range
:
def whileloop(n):
i = 0
while i < n:
i += 1
def forloop(n):
for i in range(n):
pass
3 0 LOAD_CONST 1 (0)
2 STORE_FAST 1 (i)
4 4 SETUP_LOOP 20 (to 26)
>> 6 LOAD_FAST 1 (i)
8 LOAD_FAST 0 (n)
10 COMPARE_OP 0 (<)
12 POP_JUMP_IF_FALSE 24
5 14 LOAD_FAST 1 (i)
16 LOAD_CONST 2 (1)
18 INPLACE_ADD
20 STORE_FAST 1 (i)
22 JUMP_ABSOLUTE 6
>> 24 POP_BLOCK
>> 26 LOAD_CONST 0 (None)
28 RETURN_VALUE
为whileloop
和:
8 0 SETUP_LOOP 16 (to 18)
2 LOAD_GLOBAL 0 (range)
4 LOAD_FAST 0 (n)
6 CALL_FUNCTION 1
8 GET_ITER
>> 10 FOR_ITER 4 (to 16)
12 STORE_FAST 1 (i)
9 14 JUMP_ABSOLUTE 10
>> 16 POP_BLOCK
>> 18 LOAD_CONST 0 (None)
20 RETURN_VALUE
为forloop
。循环的主体(每次遍历执行一次,包括测试终止条件的东西),用于while
从LOAD_FAST
以下SETUP_LOOP
到的运行JUMP_ABSOLUTE
,每个循环包含9条指令;对于for
,它从FOR_ITER
到运行JUMP_ABSOLUTE
,仅包含三个指令。由于所有这些指令的工作都很琐碎,因此很容易看到对于带有while
循环的手动管理的计数器来说,循环本身的开销将如何显着增加。