Question

前几天我做了一些Python基准测试，我发现了一些有趣的东西。下面是两个或多或少相同的循环。循环1大约需要循环2执行的两倍。

循环1：

int i = 0
while i < 100000000:
  i += 1

循环2：

for n in range(0,100000000):
  pass

为什么第一个循环这么慢？我知道这是一个微不足道的例子，但它引起了我的兴趣。是否有一些关于range（）函数的特殊内容使得它比以相同的方式递增变量更有效？

Answer 1

看到python字节码的反汇编，你可能会得到一个更具体的想法

使用while循环：

1           0 LOAD_CONST               0 (0)
            3 STORE_NAME               0 (i)

2           6 SETUP_LOOP              28 (to 37)
      >>    9 LOAD_NAME                0 (i)              # <-
           12 LOAD_CONST               1 (100000000)      # <-
           15 COMPARE_OP               0 (<)              # <-
           18 JUMP_IF_FALSE           14 (to 35)          # <-
           21 POP_TOP                                     # <-

3          22 LOAD_NAME                0 (i)              # <-
           25 LOAD_CONST               2 (1)              # <-
           28 INPLACE_ADD                                 # <-
           29 STORE_NAME               0 (i)              # <-
           32 JUMP_ABSOLUTE            9                  # <-
      >>   35 POP_TOP
           36 POP_BLOCK

循环体有10 op

使用范围：

1           0 SETUP_LOOP              23 (to 26)
            3 LOAD_NAME                0 (range)
            6 LOAD_CONST               0 (0)
            9 LOAD_CONST               1 (100000000)
           12 CALL_FUNCTION            2
           15 GET_ITER
      >>   16 FOR_ITER                 6 (to 25)        # <-
           19 STORE_NAME               1 (n)            # <-

2          22 JUMP_ABSOLUTE           16                # <-
      >>   25 POP_BLOCK
      >>   26 LOAD_CONST               2 (None)
           29 RETURN_VALUE

循环体有3个op

运行C代码的时间比intepretor短得多，可以忽略。

Answer 2

range()在C中实现，而i += 1则被解释。

使用xrange()可以使大数字更快。从Python 3.0开始range()与之前的xrange()相同。

Answer 3

必须要说的是，while循环中存在大量的对象创建和破坏。

i += 1

与：

相同

i = i + 1

但是因为Python int是不可变的，所以它不会修改现有的对象;相反，它创造了一个具有新价值的全新物体。基本上是这样的：

i = new int(i + 1)   # Using C++ or Java-ish syntax

垃圾收集器也需要做大量的清理工作。 “对象创建很昂贵”。

Answer 4

因为您在解释器中用C编写的代码中运行得更频繁。即，i + = 1在Python中，如此缓慢（相对），而范围（0，...）是一个C调用，for循环也将主要在C中执行。

Answer 5

Python的大多数内置方法调用都是作为C代码运行的。必须解释的代码要慢得多。在内存效率和执行速度方面，差异是巨大的。 python内部结构已经过极端优化，最好利用这些优化。

Answer 6

我认为这里的答案比其他答案建议的要微妙得多，尽管要旨是正确的： for循环更快，因为更多的操作发生在C中，而更少的发生在Python中。

更具体地说，在for循环的情况下，C中发生了两件事，而while循环是在Python中处理的：

在while循环中，比较i < 100000000在Python中执行，而在for循环中，作业被传递到range(100000000)的迭代器，迭代器在内部进行迭代（并且因此边界检查）。
在while循环中，循环更新i += 1在Python中发生，而在for循环中，再次以C编写的range(100000000)的迭代器执行i+=1（或++i）。

我们可以看到这是两者的结合，通过手动将它们重新添加以查看差异，可以使for循环更快。

import timeit

N = 100000000


def while_loop():
    i = 0
    while i < N:
        i += 1


def for_loop_pure():
    for i in range(N):
        pass


def for_loop_with_increment():
    for i in range(N):
        i += 1


def for_loop_with_test():
    for i in range(N):
        if i < N: pass


def for_loop_with_increment_and_test():
    for i in range(N):
        if i < N: pass
        i += 1


def main():
    print('while loop\t\t', timeit.timeit(while_loop, number=1))
    print('for pure\t\t', timeit.timeit(for_loop_pure, number=1))
    print('for inc\t\t\t', timeit.timeit(for_loop_with_increment, number=1))
    print('for test\t\t', timeit.timeit(for_loop_with_test, number=1))
    print('for inc+test\t', timeit.timeit(for_loop_with_increment_and_test, number=1))


if __name__ == '__main__':
    main()

我尝试使用数字常量100000000和更常见的变量N来进行此操作。

# inline constant N
while loop      3.5131139
for pure        1.3211338000000001
for inc         3.5477727000000003
for test        2.5209639
for inc+test    4.697028999999999

# variable N
while loop      4.1298240999999996
for pure        1.3526357999999998
for inc         3.6060175
for test        3.1093069
for inc+test    5.4753364

如您所见，在两种情况下，while时间都非常接近for inc+test和for pure的时间差。还要注意，在使用N变量的情况下，while的附加速度会降低，以重复查找N的值，而for不会。< / p>

如此微不足道的修改会导致超过3倍的代码加速，这真是太疯狂了，但这是适合您的Python。当您完全可以在循环中使用内置函数时，甚至都不要让我开始...。

为什么Python中的range（）循环比使用while循环更快？

6 个答案: