Python 如何優化循環中的字串連接？

在Python 中連接字串：實現效率

在Python 中，將一個字串附加到另一個字串傳統上是透過賦值來完成的：

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

雖然這種方法很簡單，但在連接多個字串時，尤其是在循環中，它可能會變得低效。為了解決這個問題，CPython 引入了一種最佳化來增強此類場景下的效能。

CPython 的字串連接最佳化

CPython 的最佳化涉及字串的就地擴展。當一個字串連接到僅由一個變數引用的另一個字串的末尾時，解釋器會嘗試擴展原始字串而不是建立一個新物件。此操作攤銷為 O(n)，表示在迴圈中追加多個字串的時間複雜度顯著降低。

例如以下程式碼：

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

時間複雜度為 O(n^2)，現在運行時間為 O(n)。

最佳化的影響

此最佳化對效能有很大影響，特別是對於循環中的字串連接。經驗測試表明，附加一百萬個字串現在只需 173 毫秒，而使用舊的 O(n^2) 方法則需要 14.6 秒。

限制

這很重要請注意，此最佳化特定於 CPython，可能不適用於 PyPy 或 Jython 等其他 Python 實作。此外，它僅適用於單一變數引用字串時。如果存在多個引用，則不會擴展原始字串對象，並且會失去效能優勢。

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