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Wie werden lokale Variablen der Python-Funktion ausgeführt? Eine kurze Analyse der Anwendung von Python-Funktionsvariablen
- 不言Original
- 2018-09-03 17:33:532809Durchsuche
In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie lokale Variablen von Python-Funktionen ausführen. Eine kurze Analyse der Anwendung von Python-Funktionsvariablen hat einen gewissen Referenzwert. Ich hoffe, dass sie für Sie hilfreich ist.
Vorwort
Als ich diese zwei Tage bei CodeReview war, habe ich diesen Code gesehen
# 伪代码
import somelib
class A(object):
def load_project(self):
self.project_code_to_name = {}
for project in somelib.get_all_projects():
self.project_code_to_name[project] = project
...
Die Absicht ist sehr einfach, nämlich zu bekommen Das Projekt von somelib.get_all_projects Gefüllt self.project_code_to_name
Meiner Meinung nach gibt es jedoch Raum für Optimierungen, daher habe ich einen Anpassungsplan vorgeschlagen:
import somelib
class A(object):
def load_project(self):
project_code_to_name = {}
for project in somelib.get_all_projects():
project_code_to_name[project] = project
self.project_code_to_name = project_code_to_name
...
Der Plan ist sehr einfach, definieren Sie ihn einfach Zuerst die lokale Variable project_code_to_name und nach der Operation den Wert self.project_code_to_name zuweisen.
In nachfolgenden Tests habe ich festgestellt, dass dies besser wäre. Jetzt, da ich die Ergebnisse kenne, möchte ich als nächstes unbedingt den Gründen nachgehen!
Lokale Variablen
Tatsächlich wird an vielen Stellen im Internet und sogar in vielen Büchern ein Standpunkt erwähnt: Der Zugriff auf lokale Variablen ist viel schneller , es scheint auf den ersten Blick sinnvoll zu sein, und dann habe ich viele Testdaten gesehen, die unten gepostet wurden. Obwohl ich nicht weiß, was es ist, ist es wirklich cool. Denken Sie daran, keine Sorge!
Aber tatsächlich hat diese Sichtweise noch gewisse Einschränkungen und ist nicht universell anwendbar. Lassen Sie uns also zunächst diesen Satz verstehen und warum jeder ihn gerne sagt.
Schauen Sie sich zunächst den Code an, um zu verstehen, was lokale Variablen sind:
#coding: utf8 a = 1 def test(b): c = 'test' print a # 全局变量 print b # 局部变量 print c # 局部变量 test(3)
# 输出 1 3 test
简单来说，局部变量就是只作用于所在的函数域，超过作用域就被回收
Um zu verstehen, was lokale Variablen sind, müssen Sie über die Hassliebe zwischen Python-Funktionen und lokalen Variablen sprechen, denn Wenn Sie das nicht wissen, ist es schwierig zu spüren, wo die Geschwindigkeit ist.
Um Langeweile zu vermeiden, erklären wir es mir übrigens mit dem dis Funktionsausführung von test > Analyse:
# CALL_FUNCTION
5 0 LOAD_CONST 1 ('test')
3 STORE_FAST 1 (c)
6 6 LOAD_GLOBAL 0 (a)
9 PRINT_ITEM
10 PRINT_NEWLINE
7 11 LOAD_FAST 0 (b)
14 PRINT_ITEM
15 PRINT_NEWLINE
8 16 LOAD_FAST 1 (c)
19 PRINT_ITEM
20 PRINT_NEWLINE
21 LOAD_CONST 0 (None)
24 RETURN_VALUE
Im Bild oben können Sie deutlich die Anweisungsblöcke sehen, die a, b und c entsprechen. Die erste Zeile jedes Blocks ist LOAD_XXX Wie der Name schon sagt, bedeutet dies, dass es sich bei diesen Variablen um Woher kommt es.
LOAD_GLOBALKein Zweifel, das große Ganze, aber LOAD_FASTWas zum Teufel? Es scheint, als ob es LOAD_LOCAL heißen sollte, oder?
Die Tatsache ist jedoch so magisch, dass es tatsächlich LOAD_FAST heißt, weil die lokalen Variablen aus einem Array namens fastlocals gelesen werden, daher heißt der Name so (vermutlich).
Jetzt, wo der Protagonist hier ist, müssen wir uns darauf konzentrieren, dies zu verstehen, denn das ist in der Tat ziemlich interessant.
Python-Funktionsausführung
Der Aufbau und Betrieb von Python-Funktionen ist weder komplex noch einfach, da zwischen vielen Situationen unterschieden werden muss, zum Beispiel Funktionen und Methoden unterscheiden sich außerdem dadurch, ob sie Parameter haben, welche Parameter sie haben, ob sie Parameter variabler Länge haben und ob sie Schlüsselparameter haben.
Es ist unmöglich, alles im Detail zu erklären, aber Sie können den allgemeinen Prozess kurz veranschaulichen (ohne die Details der Parameteränderungen zu berücksichtigen):
Gehen Sie ganz nach unten zu fast_function. Der Aufruf lautet hier:
// ceval.c -> call_function x = fast_function(func, pp_stack, n, na, nk);
Parametererklärung:
-
func: Incoming
test; pp_stack: Ungefähres Verständnis des Aufrufstapels (py-Modus);
na: Anzahl der Positionsparameter;
-
nk: Anzahl der Schlüsselwörter;
n = na + 2 * nk;
Dann schauen Sie sich den nächsten Schritt an. Mal sehen, was fast_function wird reichen.
Eine Welle initialisieren
Co definieren, um das Testobjekt darin zu speichern
func_codeGlobale Werte definieren, um den Test zu speichern Objekt Das
func_globalsim Inneren (Wörterbuch)definiert argdefs, um das
func_defaultsim Testobjekt zu speichern (Standardwert der Schlüsselwortparameter beim Erstellen der Funktion)
Lassen Sie uns ein Urteil fällen. Wenn argdefs 为空 && 传入的位置参数个数 == 函数定义时候的位置形参个数 && 没有传入关键字参数
, dann
verwenden Sie
当前线程状态,co,globalsSo erstellen Sie ein neues Stapelobjektf;define
fastlocals( fastlocals = f->f_localsplus; );-
Alle übergebenen Parameter werden eingefügt
fastlocals
Dann stellt sich die Frage, wie man das einfügt? So finden Sie heraus, welche Ghost-Parameter übergeben werden: Diese Frage kann immer noch nur mit dis beantwortet werden:
Wir wissen, dass dieser Schritt in CALL_FUNCTION ausgeführt wird, daher muss die Aktion der Stopfparameter erfolgen Vorher also:
12 27 LOAD_NAME 2 (test) 30 LOAD_CONST 4 (3) 33 CALL_FUNCTION 1 36 POP_TOP 37 LOAD_CONST 1 (None) 40 RETURN_VALUE
Sie werden CALL_FUNCTION oben 30 LOAD_CONST 4 (3) sehen. Interessierte Kinder können versuchen, ein paar weitere Parameter zu übergeben, und Sie werden feststellen, dass die übergebenen Parameter der Reihe nach übergeben werden LOAD_CONST wird auf diese Weise geladen, daher wird das Problem, wie man Parameter findet, offensichtlich;
// fast_function 函数
fastlocals = f->f_localsplus;
stack = (*pp_stack) - n;
for (i = 0; i <p>这里出现的 n 还记得怎么来的吗？回顾上面有个 <code>n = na + 2 * nk;</code> ，能想起什么吗？</p><p>其实这个地方就是简单的通过将 <code>pp_stack</code> 偏移 n 字节 找到一开始塞入参数的位置。</p><p>那么问题来了，如果 n 是 位置参数个数 + 关键字参数，那么 2 * nk 是什么意思？其实这答案很简单，那就是 关键字参数字节码 是属于带参数字节码， 是占 2字节。</p><p>到了这里，栈对象 <code>f</code> 的 <code>f_localsplus</code> 也登上历史舞台了，只是此时的它，还只是一个未经人事的少年，还需历练。</p><p>做好这些动作，终于来到真正执行函数的地方了: <code>PyEval_EvalFrameEx</code>，在这里，需要先交代下，有个和 <code>PyEval_EvalFrameEx</code> 很像的，叫 <code>PyEval_EvalCodeEx</code>，虽然长得像，但是人家干得活更多了。</p><p>请看回前面的 <code>fast_function</code> 开始那会有个判断，我们上面说得是判断成立的，也就是最简单的函数执行情况。如果函数传入多了关键字参数或者其他情况，那就复杂很多了，此时就需要由 <code>PyEval_EvalCodeEx</code> 处理一波，再执行 <code>PyEval_EvalFrameEx</code>。</p><p><code>PyEval_EvalFrameEx</code> 主要的工作就是解析字节码，像刚才的那些 <code>CALL_FUNCTION</code>，<code>LOAD_FAST</code> 等等，都是由它解析和处理的，它的本质就是一个死循环，然后里面有一堆 <code>swith - case</code>，这基本也就是 Python 的运行本质了。</p><h4>f_localsplus 存 和 取</h4><p>讲了这么长的一堆，算是把 Python 最基本的 函数调用过程简单扫了个盲，现在才开始探索主题。。</p><p>为了简单阐述，直接引用名词：<code>fastlocals</code>, 其中 <code>fastlocals = f->f_localsplus</code></p><p>刚才只是简单看到了，Python 会把传入的参数，以此塞入 <code>fastlocals</code> 里面去，那么毋庸置疑，传入的位置参数，必然属于局部变量了，那么关键字参数呢？那肯定也是局部变量，因为它们都被特殊对待了嘛。</p><p>那么除了函数参数之外，必然还有函数内部的赋值咯？ 这块字节码也一早在上面给出了：</p><pre class="brush:php;toolbar:false"># CALL_FUNCTION
5 0 LOAD_CONST 1 ('test')
3 STORE_FAST 1 (c)这里出现了新的字节码 STORE_FAST,一起来看看实现把：
# PyEval_EvalFrameEx 庞大 switch-case 的其中一个分支：
PREDICTED_WITH_ARG(STORE_FAST);
TARGET(STORE_FAST)
{
v = POP();
SETLOCAL(oparg, v);
FAST_DISPATCH();
}
# 因为有涉及到宏，就顺便给出：
#define GETLOCAL(i) (fastlocals[i])
#define SETLOCAL(i, value) do { PyObject *tmp = GETLOCAL(i); \
GETLOCAL(i) = value; \
Py_XDECREF(tmp); } while (0)简单解释就是，将 POP() 获得的值 v，塞到 fastlocals 的 oparg 位置上。此处，v 是 "test"， oparg 就是 1。用图表示就是：
有童鞋可能会突然懵了，为什么突然来了个 b ？我们又需要回到上面看 test 函数是怎样定义的：
// 我感觉往回看的概率超低的，直接给出算了 def test(b): c = 'test' print b # 局部变量 print c # 局部变量
看到函数定义其实都应该知道了，因为 b 是传的参数啊，老早就塞进去了~
那存储知道了，那么怎么取呢？同样也是这段代码的字节码：
22 LOAD_FAST 1 (c)
虽然这个用脚趾头想想都知道原理是啥，但公平起见还是给出相应的代码：
# PyEval_EvalFrameEx 庞大 switch-case 的其中一个分支：
TARGET(LOAD_FAST)
{
x = GETLOCAL(oparg);
if (x != NULL) {
Py_INCREF(x);
PUSH(x);
FAST_DISPATCH();
}
format_exc_check_arg(PyExc_UnboundLocalError,
UNBOUNDLOCAL_ERROR_MSG,
PyTuple_GetItem(co->co_varnames, oparg));
break;
}直接用 GETLOCAL 通过索引在数组里取值了。
到了这里，应该也算是把 f_localsplus 讲明白了。这个地方不难，其实一般而言是不会被提及到这个，因为一般来说忽略即可了，但是如果说想在性能方面讲究点，那么这个小知识就不得忽视了。
变量使用姿势
因为是面向对象，所以我们都习惯了通过 class 的方式，对于下面的使用方式，也是随手就来：
class SS(object):
def __init__(self):
self.fuck = {}
def test(self):
print self.fuck这种方式一般是没什么问题的，也很规范。到那时如果是下面的操作，那就有问题了：
class SS(object):
def __init__(self):
self.fuck = {}
def test(self):
num = 10
for i in range(num):
self.fuck[i] = i这段代码的性能损耗，会随着 num 的值增大而增大， 如果下面循环中还要涉及到更多类属性的读取、修改等等，那影响就更大了
这个类属性如果换成 全局变量，也会存在类似的问题，只是说在操作类属性会比操作全局变量要频繁得多。
我们直接看看两者的差距有多大把？
import timeit
class SS(object):
def test(self):
num = 100
self.fuck = {} # 为了公平，每次执行都同样初始化新的 {}
for i in range(num):
self.fuck[i] = i
def test_local(self):
num = 100
fuck = {} # 为了公平，每次执行都同样初始化新的 {}
for i in range(num):
fuck[i] = i
self.fuck = fuck
s = SS()
print timeit.timeit(stmt=s.test_local)
print timeit.timeit(stmt=s.test)
通过上图可以看出，随着 num 的值越大，for 循环的次数就越多，那么两者的差距也就越大了。
那么为什么会这样，也是在字节码可以看出写端倪：
// s.test >> 28 FOR_ITER 19 (to 50) 31 STORE_FAST 2 (i) 8 34 LOAD_FAST 2 (i) 37 LOAD_FAST 0 (self) 40 LOAD_ATTR 0 (hehe) 43 LOAD_FAST 2 (i) 46 STORE_SUBSCR 47 JUMP_ABSOLUTE 28 >> 50 POP_BLOCK // s.test_local >> 25 FOR_ITER 16 (to 44) 28 STORE_FAST 3 (i) 14 31 LOAD_FAST 3 (i) 34 LOAD_FAST 2 (hehe) 37 LOAD_FAST 3 (i) 40 STORE_SUBSCR 41 JUMP_ABSOLUTE 25 >> 44 POP_BLOCK 15 >> 45 LOAD_FAST 2 (hehe) 48 LOAD_FAST 0 (self) 51 STORE_ATTR 1 (hehe)
上面两段就是两个方法的 for block 内容，大家对比下就会知道， s.test 相比于 s.test_local, 多了个 LOAD_ATTR 放在 FOR_ITER 和 POP_BLOCK 之间。
这说明什么呢？ 这说明，在每次循环时，s.test 都需要 LOAD_ATTR，很自然的，我们需要看看这个是干什么的：
TARGET(LOAD_ATTR)
{
w = GETITEM(names, oparg);
v = TOP();
x = PyObject_GetAttr(v, w);
Py_DECREF(v);
SET_TOP(x);
if (x != NULL) DISPATCH();
break;
}
# 相关宏定义
#define GETITEM(v, i) PyTuple_GetItem((v), (i))这里出现了一个陌生的变量 name, 这是什么？其实这个就是每个 codeobject 所维护的一个 名字数组，基本上每个块所使用到的字符串，都会在这里面存着，同样也是有序的：
// PyCodeObject 结构体成员 PyObject *co_names; /* list of strings (names used) */
那么 LOAD_ATTR 的任务就很清晰了：先从名字列表里面取出字符串，结果就是 "hehe", 然后通过 PyObject_GetAttr 去查找，在这里就是在 s 实例中去查找。
且不说查找效率如何，光多了这一步，都能失之毫厘差之千里了，当然这是在频繁操作次数比较多的情况下。
所以我们在一些会频繁操作 类/实例属性 的情况下，应该是先把 属性 取出来存到 局部变量，然后用 局部变量 来完成操作。最后视情况把变动更新到属性上。
最后
其实相比变量，在函数和方法的使用上面更有学问，更值得探索，因为那个原理和表面看起来差别更大，下次有机会再探讨。平时工作多注意下，才能使得我们的 PY 能够稍微快点点点点点。
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