5个小技巧提升Python运行速度

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原创 2024-01-05 16:24:15 1.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Python运行速度慢？是你孤陋寡闻了？5个优化方案提速百分百 速度慢 Python之所以速度慢，主要是由于动态性和多功能性。 Python 的运行过程是虚拟机读入 Python 代码（文本），词法分析，编译成虚拟机认识的 opcode，然后虚拟机解释 opcode 执行。但这其实不是最主要的原因，Python import 之后会缓存编译后的 opcode，所以读入、词法分析和编译并没有占用太多的时间。那么真正的慢的是哪一步分呢？就是后面的虚拟机解释 opcode 执行的部分。前期的编译是将 Python 代码编译成解释器可以理解的中间代码，解释器再将中间阅读详情

Python 是世界上使用最广泛的编程语言之一，但在速度上还有一个非常大的缺点。好在可以通过一些小技巧提升运行速度！

Python 是世界上使用最广泛的编程语言之一。它是一种解释型高级通用编程语言，具有广泛的用途，几乎可以将其用于所有事物。其以简单的语法、优雅的代码和丰富的第三方库而闻名。python除了有很多优点外，但在速度上还有一个非常大的缺点。

虽然Python代码运行缓慢，但可以通过下面分享的5个小技巧提升Python运行速度！

首先，定义一个计时函数timeshow，通过简单的装饰，可以打印指定函数的运行时间。

这个函数在下面的例子中会被多次使用。

def timeshow(func):
    from time import time
    def newfunc(*arg, **kw):
        t1 = time()
        res = func(*arg, **kw)
        t2 = time()
        print(f"{func.__name__: >10} : {t2-t1:.6f} sec")
        return res
    return newfunc

@timeshow
def test_it():
    print("hello pytip")

test_it()

1. 选择合适的数据结构

使用正确的数据结构对python脚本的运行时间有显着影响。Python 有四种内置的数据结构：

列表: List
元组: Tuple
集合: Set
字典: Dictionary

但是，大多数开发人员在所有情况下都使用列表。这是不正确的做法，应该根据任务使用合适数据结构。

运行下面的代码，可以看到元组执行简单检索操作的速度比列表快。其中dis模块反汇编了一个函数的字节码，这有利于查看列表和元组之间的区别。

import dis
def a():
    data = [1, 2, 3, 4, 5,6,7,8,9,10]
    x =data[5]
    return x
def b():
    data = (1, 2, 3, 4, 5,6,7,8,9,10)
    x =data[5]
    return x

print("-----:使用列表的机器码:------")
dis.dis(a)
print("-----:使用元组的机器码:------")
dis.dis(b)

运行输出:

    -----:使用列表的机器码:------
      3           0 LOAD_CONST               1 (1)
                  2 LOAD_CONST               2 (2)
                  4 LOAD_CONST               3 (3)
                  6 LOAD_CONST               4 (4)
                  8 LOAD_CONST               5 (5)
                 10 LOAD_CONST               6 (6)
                 12 LOAD_CONST               7 (7)
                 14 LOAD_CONST               8 (8)
                 16 LOAD_CONST               9 (9)
                 18 LOAD_CONST              10 (10)
                 20 BUILD_LIST              10
                 22 STORE_FAST               0 (data)
    
      4          24 LOAD_FAST                0 (data)
                 26 LOAD_CONST               5 (5)
                 28 BINARY_SUBSCR
                 30 STORE_FAST               1 (x)
    
      5          32 LOAD_FAST                1 (x)
                 34 RETURN_VALUE
    -----:使用元组的机器码:------
      7           0 LOAD_CONST               1 ((1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10))
                  2 STORE_FAST               0 (data)
    
      8           4 LOAD_FAST                0 (data)
                  6 LOAD_CONST               2 (5)
                  8 BINARY_SUBSCR
                 10 STORE_FAST               1 (x)
    
      9          12 LOAD_FAST                1 (x)
                 14 RETURN_VALUE

看下列表的机器码，冗长而多余！

2. 善用强大的内置函数和第三方库

如果你正在使用python并且仍在自己编写一些通用函数(比如加法、减法)，那么是在侮辱python。Python有大量的库和内置函数来帮助你不用编写这些函数。如果研究下，那么你会惊奇地发现几乎90%的问题已经有第三方包或内置函数来解决。

可以通过访问官方文档查看所有内置函数。你也可以在wiki python上找到更多使用内置函数的场景。

比如，现在我们想合并列表中的所有单词为一个句子，比较法自己编写和调用库函数的区别:

# ❌ 正常人能想到的方法
@timeshow
def f1(list):
    s =""
    for substring in list:
        s += substring
    return s

# ✅ pythonic 的方法
@timeshow
def f2(list):
    s = "".join(list)
    return s


l = ["I", "Love", "Python"] * 1000 # 为了看到差异，我们把这个列表放大了
f1(l)
f2(l)

运行输出:

        f1 : 0.000227 sec
        f2 : 0.000031 sec

3. 少用循环

用 列表推导式 代替循环
用 迭代器 代替循环
用 filter() 代替循环
减少循环次数，精确控制，不浪费CPU

## 返回n以内的可以被7整除的所有数字。

# ❌ 正常人能想到的方法:
@timeshow
def f_loop(n): 
    L=[]
    for i in range(n):
        if i % 7 ==0:
            L.append(i)
    return L


#  ✅ 列表推导式
@timeshow
def f_list(n):
    L = [i for i in range(n) if i % 7 == 0]
    return L

# ✅  迭代器
@timeshow
def f_iter(n):
    L = (i for i in range(n) if i % 7 == 0)
    return L

# ✅ 过滤器 
@timeshow
def f_filter(n):
    L = filter(lambda x: x % 7 == 0, range(n))
    return L

# ✅ 精确控制循环次数 
@timeshow
def f_mind(n):
    L = (i*7 for i in range(n//7))
    return L

n = 1_000_000
f_loop(n)
f_list(n)
f_iter(n)
f_filter(n)
f_mind(n)

输出为:

       f_loop : 0.083017 sec
    f_list : 0.056110 sec
    f_iter : 0.000015 sec
  f_filter : 0.000003 sec
    f_mind : 0.000002 sec

谁快谁慢，一眼便知！

filter 配合lambda大法就是屌！！！

4. 避免循环重复计算

如果你有一个迭代器，必须用它的元素做一些耗时计算，比如匹配正则表达式。你应该将正则表达式模式定义在循环之外，因为最好只编译一次模式，而不是在循环的每次迭代中一次又一次地编译它。

只要有可能，就应该尝试在循环外进行尽可能多的运算，比如将函数计算分配给局部变量，然后在函数中使用它。

# ❌ 应改避免的方式：
@timeshow
def f_more(s):
    import re
    for i in s:
        m = re.search(r'a*[a-z]?c', i)


# ✅ 更好的方式：
@timeshow
def f_less(s):
    import re
    regex = re.compile(r'a*[a-z]?c')
    for i in s:
        m = regex.search(i)
s = ["abctestabc"] * 1_000
f_more(s)
f_less(s)

输出为:

    f_more : 0.001068 sec
    f_less : 0.000365 sec

5. 少用内存、少用全局变量

内存占用是指程序运行时使用的内存量。为了让Python代码运行得更快，应该减少程序的内存使用量，即尽量减少变量或对象的数量。

Python 访问局部变量比全局变量更有效。在有必要之前，应该始终尝试忽略声明全局变量。一个在程序中定义过的全局变量会一直存在，直到整个程序编译完成，所以它一直占据着内存空间。另一方面，局部变量访问更快，且函数完成后即可回收。因此，使用多个局部变量比使用全局变量会更好。

# ❌ 应该避免的方式：

message = "Line1\n"
message += "Line2\n"
message += "Line3\n"

# ✅ 更好的方式：

l = ["Line1","Line2","Line3"]
message = '\n'.join(l)


# ❌ 应该避免的方式：

x = 5
y = 6 
def add():
    return x+y
add()

# ✅ 更好的方式：

def add():
    x = 5
    y = 6
    return x+y
add()