Warum ist das Schleifen von range() in Python schneller als mit einer while-Schleife?

Question

Neulich habe ich ein Python-Benchmarking gemacht und bin auf etwas Interessantes gestoßen. Unten sind zwei Schleifen, die mehr oder weniger die gleiche Sache machen. Schleife 1 dauert etwa doppelt so lange wie Schleife 2 zur Ausführung.

Loop 1:

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

Loop 2:

for n in range(0,100000000): 
    pass 

Warum ist die erste Schleife so viel langsamer? Ich weiß, es ist ein triviales Beispiel, aber es hat mein Interesse geweckt. Gibt es etwas Besonderes an der Funktion range(), die es effizienter macht, als eine Variable auf die gleiche Weise zu inkrementieren?

Answer 1

die Zerlegung des Python-Bytecode, können Sie eine konkretere Vorstellung

Verwendung erhalten while-Schleife:

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 

Der Schleifenkörper hat 10 op

Einsatzbereich:

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 

Der Schleifenkörper hat 3 Op

Die Zeit zum Ausführen von C-Code ist viel kürzer als der Interpretor und kann ignoriert werden.

Answer 2

Da Sie häufiger in Code in C im Interpreter geschrieben ausgeführt werden. i + = 1 ist in Python, also langsam (vergleichsweise), während der Bereich (0, ...) ein C-Aufruf ist, wird die for-Schleife hauptsächlich auch in C ausgeführt.

Answer 3

range() ist in C implementiert, während i += 1 interpretiert wird.

Mit xrange() könnte es noch schneller für große Zahlen machen. Beginnend mit Python 3.0 range() ist das gleiche wie zuvor xrange(). siehe

Answer 4

Die meisten der in Python integrierten Methodenaufrufe werden als C-Code ausgeführt. Code, der interpretiert werden soll, ist viel langsamer. In Sachen Speichereffizienz und Ausführungsgeschwindigkeit ist der Unterschied gigantisch. Die Python-Interna wurden extrem optimiert, und es ist am besten, diese Optimierungen zu nutzen.

Answer 5

Es muss gesagt werden, dass mit der while-Schleife eine Menge an Objekterzeugung und -zerstörung stattfindet.

i += 1 

ist die gleiche wie:

i = i + 1 

Aber weil Python Ints unveränderlich sind, ist es nicht das vorhandene Objekt modifizieren; Vielmehr schafft es ein brandneues Objekt mit einem neuen Wert. Es ist im Grunde:

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

Der Müllsammler wird auch eine große Menge an Aufräumarbeiten zu tun haben. "Objekterstellung ist teuer".