Python はループ内の文字列連結をどのように最適化しますか?

Python での文字列の連結: 効率の達成

Python では、ある文字列を別の文字列に追加することは伝統的に代入によって行われてきました:

var1 = "foo"
var2 = "bar"
var3 = var1 + var2

このアプローチは簡単ですが、複数の文字列を連結する場合、特にループ内で非効率になる可能性があります。これに対処するために、CPython は、このようなシナリオでのパフォーマンスを向上させる最適化を導入しました。

CPython の文字列連結の最適化

CPython の最適化には、文字列のインプレース拡張が含まれます。文字列が 1 つの変数のみによって参照される別の文字列の末尾に連結されると、インタプリタは新しいオブジェクトを作成する代わりに、元の文字列を拡張しようとします。この操作は O(n) で償却されます。これは、ループ内で複数の文字列を追加するための時間の複雑さが大幅に軽減されることを意味します。

たとえば、次のコード:

s = ""
for i in range(n):
    s += str(i)

時間計算量は O(n^2) ですが、現在は O(n) で実行されます。

最適化の影響

この最適化はパフォーマンスに大きな影響を与えます。特にループ内の文字列連結の場合。経験的テストによると、100 万文字列の追加にかかる時間は、以前の O(n^2) アプローチでは 14.6 秒だったのに対し、現在は 173 ミリ秒しかかからないことがわかりました。

制限事項

重要この最適化は CPython に固有であり、PyPy や Jython などの他の Python 実装には適用されない可能性があることに注意してください。さらに、これは文字列が単一の変数によって参照される場合にのみ適用されます。複数の参照がある場合、元の文字列オブジェクトは拡張されず、パフォーマンス上の利点が失われます。

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