Чому 'x' в ('x',) швидше, ніж 'x' == 'x'?


274
>>> timeit.timeit("'x' in ('x',)")
0.04869917374131205
>>> timeit.timeit("'x' == 'x'")
0.06144205736110564

Також працює для кортежів з декількома елементами, але, схоже, обидві версії ростуть лінійно:

>>> timeit.timeit("'x' in ('x', 'y')")
0.04866674801541748
>>> timeit.timeit("'x' == 'x' or 'x' == 'y'")
0.06565782838087131
>>> timeit.timeit("'x' in ('y', 'x')")
0.08975995576448526
>>> timeit.timeit("'x' == 'y' or 'x' == 'y'")
0.12992391047427532

Виходячи з цього, я думаю, я повинен повністю почати використовувати inвсюди, а не ==!


167
Про всяк випадок. Будь ласка, не починайте використовувати inвсюди замість цього ==. Це передчасна оптимізація, яка шкодить читабельності.
Полковник тридцять два

4
спробуйте x ="!foo" x in ("!foo",)іx == "!foo"
Padraic Cunningham

2
A in B = Значення, C == D Порівняння
величини

6
Більш розумний підхід, ніж використання inзамість того ==, щоб перейти на C.
Божевільний фізик

1
Якщо ви пишете на Python і вибираєте одну конструкцію над іншою для швидкості, ви робите це неправильно.
Veky

Відповіді:


257

Як я вже згадував Девіда Уолвера, у цьому є більше, ніж на очах; обидва методи відправлення is; ви можете довести це, зробивши

min(Timer("x == x", setup="x = 'a' * 1000000").repeat(10, 10000))
#>>> 0.00045456900261342525

min(Timer("x == y", setup="x = 'a' * 1000000; y = 'a' * 1000000").repeat(10, 10000))
#>>> 0.5256857610074803

Перший може бути настільки швидким, оскільки він перевіряє особу.

Щоб дізнатись, чому одне зайняло б більше часу, ніж інше, давайте простежимо виконання.

Вони обидва починають ceval.c, з цього COMPARE_OPчасу займається байт-код

TARGET(COMPARE_OP) {
    PyObject *right = POP();
    PyObject *left = TOP();
    PyObject *res = cmp_outcome(oparg, left, right);
    Py_DECREF(left);
    Py_DECREF(right);
    SET_TOP(res);
    if (res == NULL)
        goto error;
    PREDICT(POP_JUMP_IF_FALSE);
    PREDICT(POP_JUMP_IF_TRUE);
    DISPATCH();
}

Це виводить значення зі стека (технічно він виводить лише одне)

PyObject *right = POP();
PyObject *left = TOP();

і запускає порівняння:

PyObject *res = cmp_outcome(oparg, left, right);

cmp_outcome це є:

static PyObject *
cmp_outcome(int op, PyObject *v, PyObject *w)
{
    int res = 0;
    switch (op) {
    case PyCmp_IS: ...
    case PyCmp_IS_NOT: ...
    case PyCmp_IN:
        res = PySequence_Contains(w, v);
        if (res < 0)
            return NULL;
        break;
    case PyCmp_NOT_IN: ...
    case PyCmp_EXC_MATCH: ...
    default:
        return PyObject_RichCompare(v, w, op);
    }
    v = res ? Py_True : Py_False;
    Py_INCREF(v);
    return v;
}

Ось тут розбиваються шляхи. PyCmp_INфілія робить

int
PySequence_Contains(PyObject *seq, PyObject *ob)
{
    Py_ssize_t result;
    PySequenceMethods *sqm = seq->ob_type->tp_as_sequence;
    if (sqm != NULL && sqm->sq_contains != NULL)
        return (*sqm->sq_contains)(seq, ob);
    result = _PySequence_IterSearch(seq, ob, PY_ITERSEARCH_CONTAINS);
    return Py_SAFE_DOWNCAST(result, Py_ssize_t, int);
}

Зверніть увагу, що кортеж визначається як

static PySequenceMethods tuple_as_sequence = {
    ...
    (objobjproc)tuplecontains,                  /* sq_contains */
};

PyTypeObject PyTuple_Type = {
    ...
    &tuple_as_sequence,                         /* tp_as_sequence */
    ...
};

Так гілка

if (sqm != NULL && sqm->sq_contains != NULL)

буде взято і *sqm->sq_contains, що є функцією (objobjproc)tuplecontains, буде взято.

Це робить

static int
tuplecontains(PyTupleObject *a, PyObject *el)
{
    Py_ssize_t i;
    int cmp;

    for (i = 0, cmp = 0 ; cmp == 0 && i < Py_SIZE(a); ++i)
        cmp = PyObject_RichCompareBool(el, PyTuple_GET_ITEM(a, i),
                                           Py_EQ);
    return cmp;
}

... Зачекайте, чи не PyObject_RichCompareBoolтак взяла інша гілка? Ні, це було PyObject_RichCompare.

Цей шлях коду був коротким, тому він, ймовірно, просто скорочується до цих двох. Давайте порівняємо

int
PyObject_RichCompareBool(PyObject *v, PyObject *w, int op)
{
    PyObject *res;
    int ok;

    /* Quick result when objects are the same.
       Guarantees that identity implies equality. */
    if (v == w) {
        if (op == Py_EQ)
            return 1;
        else if (op == Py_NE)
            return 0;
    }

    ...
}

Шлях коду PyObject_RichCompareBoolмайже повністю припиняється. Бо PyObject_RichCompareце робить

PyObject *
PyObject_RichCompare(PyObject *v, PyObject *w, int op)
{
    PyObject *res;

    assert(Py_LT <= op && op <= Py_GE);
    if (v == NULL || w == NULL) { ... }
    if (Py_EnterRecursiveCall(" in comparison"))
        return NULL;
    res = do_richcompare(v, w, op);
    Py_LeaveRecursiveCall();
    return res;
}

Py_EnterRecursiveCall/ Py_LeaveRecursiveCallКомбо не буде прийнято в попередньому шляху, але це відносно швидко макроси , які будуть коротке замикання після збільшення і зменшення деяких глобал.

do_richcompare робить:

static PyObject *
do_richcompare(PyObject *v, PyObject *w, int op)
{
    richcmpfunc f;
    PyObject *res;
    int checked_reverse_op = 0;

    if (v->ob_type != w->ob_type && ...) { ... }
    if ((f = v->ob_type->tp_richcompare) != NULL) {
        res = (*f)(v, w, op);
        if (res != Py_NotImplemented)
            return res;
        ...
    }
    ...
}

Це робить кілька швидких перевірок для виклику, v->ob_type->tp_richcompareякий є

PyTypeObject PyUnicode_Type = {
    ...
    PyUnicode_RichCompare,      /* tp_richcompare */
    ...
};

що робить

PyObject *
PyUnicode_RichCompare(PyObject *left, PyObject *right, int op)
{
    int result;
    PyObject *v;

    if (!PyUnicode_Check(left) || !PyUnicode_Check(right))
        Py_RETURN_NOTIMPLEMENTED;

    if (PyUnicode_READY(left) == -1 ||
        PyUnicode_READY(right) == -1)
        return NULL;

    if (left == right) {
        switch (op) {
        case Py_EQ:
        case Py_LE:
        case Py_GE:
            /* a string is equal to itself */
            v = Py_True;
            break;
        case Py_NE:
        case Py_LT:
        case Py_GT:
            v = Py_False;
            break;
        default:
            ...
        }
    }
    else if (...) { ... }
    else { ...}
    Py_INCREF(v);
    return v;
}

А саме це ярлики на left == right... але лише після цього

    if (!PyUnicode_Check(left) || !PyUnicode_Check(right))

    if (PyUnicode_READY(left) == -1 ||
        PyUnicode_READY(right) == -1)

Тоді всі контури виглядають приблизно так (рекурсивно вбудовуючи, розкручуючи та обрізаючи відомі гілки)

POP()                           # Stack stuff
TOP()                           #
                                #
case PyCmp_IN:                  # Dispatch on operation
                                #
sqm != NULL                     # Dispatch to builtin op
sqm->sq_contains != NULL        #
*sqm->sq_contains               #
                                #
cmp == 0                        # Do comparison in loop
i < Py_SIZE(a)                  #
v == w                          #
op == Py_EQ                     #
++i                             # 
cmp == 0                        #
                                #
res < 0                         # Convert to Python-space
res ? Py_True : Py_False        #
Py_INCREF(v)                    #
                                #
Py_DECREF(left)                 # Stack stuff
Py_DECREF(right)                #
SET_TOP(res)                    #
res == NULL                     #
DISPATCH()                      #

проти

POP()                           # Stack stuff
TOP()                           #
                                #
default:                        # Dispatch on operation
                                #
Py_LT <= op                     # Checking operation
op <= Py_GE                     #
v == NULL                       #
w == NULL                       #
Py_EnterRecursiveCall(...)      # Recursive check
                                #
v->ob_type != w->ob_type        # More operation checks
f = v->ob_type->tp_richcompare  # Dispatch to builtin op
f != NULL                       #
                                #
!PyUnicode_Check(left)          # ...More checks
!PyUnicode_Check(right))        #
PyUnicode_READY(left) == -1     #
PyUnicode_READY(right) == -1    #
left == right                   # Finally, doing comparison
case Py_EQ:                     # Immediately short circuit
Py_INCREF(v);                   #
                                #
res != Py_NotImplemented        #
                                #
Py_LeaveRecursiveCall()         # Recursive check
                                #
Py_DECREF(left)                 # Stack stuff
Py_DECREF(right)                #
SET_TOP(res)                    #
res == NULL                     #
DISPATCH()                      #

Зараз, PyUnicode_Checkі PyUnicode_READYвони досить дешеві, оскільки вони перевіряють лише пару полів, але повинно бути очевидним, що верхній - менший шлях коду, у ньому менше викликів функцій, лише одна заява комутатора і лише трохи тонша.

TL; DR:

Обидва відправляють до if (left_pointer == right_pointer); Різниця полягає лише в тому, скільки роботи вони роблять, щоб потрапити туди. inпросто робить менше.


18
Це неймовірна відповідь. Яке ваше відношення до проекту python?
kdbanman

9
@kdbanman Ні, насправді, хоча мені вдалося трохи пробити свій шлях ;).
Ведрак

21
@varepsilon Aww, але тоді ніхто не потурбував би, переглядаючи фактичну посаду! Суть питання насправді не відповідь, але процес, який використовується для отримання відповіді, - сподіваємось, у виробництві не буде багато людей, які використовують цей злом!
Ведрак

181

Тут є три фактори, які, в сукупності, викликають цю дивовижну поведінку.

По-перше: inоператор бере ярлик і перевіряє ідентичність ( x is y) перед тим, як перевірити рівність ( x == y):

>>> n = float('nan')
>>> n in (n, )
True
>>> n == n
False
>>> n is n
True

По-друге: через інтернування інтерфейсу Python обидва "x"s в "x" in ("x", )ідентичні будуть:

>>> "x" is "x"
True

(Велике попередження: це поведінка конкретної реалізації! isНе повинна ніколи використовуватися для порівняння рядків , тому що буде давати несподівані відповіді іноді, наприклад "x" * 100 is "x" * 100 ==> False)

В- третіх , як описано в фантастичному відповіді Veedrac в , tuple.__contains__( x in (y, )це приблизно еквівалентно (y, ).__contains__(x)) добирається до точки виконання перевірки ідентичності швидше , ніж str.__eq__(знову - таки, x == yце приблизно еквівалентно x.__eq__(y)) робить.

Ви можете бачити докази цього, оскільки x in (y, )це значно повільніше, ніж логічно еквівалентний x == y:

In [18]: %timeit 'x' in ('x', )
10000000 loops, best of 3: 65.2 ns per loop

In [19]: %timeit 'x' == 'x'    
10000000 loops, best of 3: 68 ns per loop

In [20]: %timeit 'x' in ('y', ) 
10000000 loops, best of 3: 73.4 ns per loop

In [21]: %timeit 'x' == 'y'    
10000000 loops, best of 3: 56.2 ns per loop

x in (y, )Справа йде повільніше , тому що, після того , як isпорівняння не вдається, inоператор повертається до нормального перевірці рівності (тобто, використовуючи ==), так що порівняння займає приблизно стільки ж часу , як ==, що робить всю роботу повільніше з - за накладні витрати на створення кортежу , прогулянки її членів тощо.

Зауважте також, що a in (b, )це швидше, лише коли a is b:

In [48]: a = 1             

In [49]: b = 2

In [50]: %timeit a is a or a == a
10000000 loops, best of 3: 95.1 ns per loop

In [51]: %timeit a in (a, )      
10000000 loops, best of 3: 140 ns per loop

In [52]: %timeit a is b or a == b
10000000 loops, best of 3: 177 ns per loop

In [53]: %timeit a in (b, )      
10000000 loops, best of 3: 169 ns per loop

(чому a in (b, )швидше, ніж a is b or a == b? Моя здогадка, було б менше інструкцій щодо віртуальної машини -  a in (b, )це лише ~ 3 інструкції, де a is b or a == bбуде ще декілька інструкцій на VM)

Відповідь Веедрака - https://stackoverflow.com/a/28889838/71522 - детальніше розглядає конкретно, що відбувається під час кожного з них, ==і inварто його прочитати.


3
І причина, що це робить, швидше за все, дозволить X in [X,Y,Z]правильно працювати без X, Yабо Zне потрібно визначати методи рівності (точніше, рівність за замовчуванням є is, тому це економить необхідність виклику __eq__об'єктів, не визначених користувачем, __eq__а isістинність повинна означати значення -рівність).
aruisdante

1
Використання float('nan')потенційного вводить в оману. Це властивість у nanтому, що вона не дорівнює собі. Це може змінити терміни.
dawg

@dawg ах, хороший момент - нан-приклад якраз мав на меті проілюструвати ярлик, який inбере на себе тести на членство. Я зміню ім'я змінної, щоб уточнити.
Девід Волвер

3
Наскільки я розумію, в CPython 3.4.3 tuple.__contains__реалізовано tuplecontainsвиклик, PyObject_RichCompareBoolякий повертається негайно у випадку ідентичності. unicodeмає PyUnicode_RichCompareпід капотом, який має однаковий ярлик для посвідчення особи.
Крістіан Цюпіту

3
Це означає, що "x" is "x"це не обов'язково буде True. 'x' in ('x', )завжди буде True, але це може здатися не швидшим, ніж ==.
Девід Волвер
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.