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Python 是一种脚本语言，相比 C/C++ 这样的编译语言，在效率和性能方面存在一些不足，但是可以通过代码调整来提高代码的执行效率。本文整理一些代码优化技巧。

代码优化基本原则代码正常运行后优化。

很多人一开始写代码就奔着性能优化的目标，“让正确的程序更快要比让快速的程序正确容易得多”，因此，优化的前提是代码能正常工作。过早地进行优化可能会忽视对总体性能指标的把握，在得到全局结果前不要主次颠倒。

权衡优化的代价。

优化是有代价的，想解决所有性能的问题是几乎不可能的。通常面临的选择是时间换空间或空间换时间。另外，开发代价也需要考虑。

优化关键耗时部分。

如果对代码的每一部分都去优化，这些修改会使代码难以阅读和理解。如果你的代码运行速度很慢，首先要找到代码运行慢的位置，通常是内部循环，专注于运行慢的地方进行优化。在其他地方，一点时间上的损失没有什么影响。

优化技巧

避免全局变量

在函数中编写代码而不要将其写为全局变量。 由于全局变量和局部变量实现方式不同，定义在全局范围内的代码运行速度会比定义在函数中的慢不少。通过将脚本语句放入到函数中，通常可带来 15% - 30% 的速度提升。

# 不推荐写法
import math
size = 10000
for x in range(size):
for y in range(size):
z = math.sqrt(x) + math.sqrt(y)
# 推荐写法
import math
def main(): # 定义到函数中，以减少全部变量使用
size = 10000
for x in range(size):
for y in range(size):
z = math.sqrt(x) + math.sqrt(y)
main()
避免 .
避免模块和函数属性访问
每次使用.（属性访问操作符时）会触发特定的方法，如__getattribute__()和__getattr__()，这些方法会进行字典操作，因此会带来额外的时间开销。通过from import语句，可以消除属性访问。
# 不推荐写法
import math
def computeSqrt(size: int):result = []
for i in range(size):
result.append(math.sqrt(i))
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
# 推荐写法，第一次优化 . 模块属性访问
from math import sqrt
def computeSqrt(size: int):result = []
for i in range(size):
result.append(sqrt(i)) # 避免math.sqrt的使用
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
# 推荐写法，第二次优化局部变量 sqrt，局部变量访问比全局变量快。
import math
def computeSqrt(size: int):result = []
sqrt = math.sqrt # 赋值给局部变量
for i in range(size):
result.append(sqrt(i)) # 避免math.sqrt的使用
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
# 推荐写法， 第三次优化函数属性 list.append() 方法
import math
def computeSqrt(size: int):result = []
append = result.append
sqrt = math.sqrt # 赋值给局部变量
for i in range(size):
append(sqrt(i)) # 避免 result.append 和 math.sqrt 的使用
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
result = computeSqrt(size)main()
避免访问类内属性
避免 . 的原则也适用于类内属性，访问self._value的速度会比访问一个局部变量更慢一些。通过将需要频繁访问的类内属性赋值给一个局部变量，可以提升代码运行速度。
# 不推荐写法
import math
from typing import List
class DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self._value = value
def computeSqrt(self, size: int) -> List[float]:result = []
append = result.append
sqrt = math.sqrt
for _ in range(size):
append(sqrt(self._value))
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
result = demo_instance.computeSqrt(size)main()
# 推荐写法，将self._value 赋值给局部变量
import math
from typing import List
class DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self._value = value
def computeSqrt(self, size: int) -> List[float]:result = []
append = result.append
sqrt = math.sqrt
value = self._value
for _ in range(size):
append(sqrt(value)) # 避免 self._value 的使用
return result
def main():
size = 10000
for _ in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
demo_instance.computeSqrt(size)main()
避免不必要的抽象
任何时候当你使用额外的处理层（比如装饰器、属性访问、描述器）去包装代码时，都会让代码变慢。大部分情况下，需要重新进行审视使用属性访问器的定义是否有必要，使用getter/setter函数对属性进行访问通常是 C/C++ 程序员遗留下来的代码风格。如果真的没有必要，就使用简单属性。
# 不推荐写法。
class DemoClass:
def __init__(self, value: int):
self.value = value
@property
def value(self) -> int:
return self._value
@value.setter
def value(self, x: int):
self._value = x
def main():
size = 1000000
for i in range(size):
demo_instance = DemoClass(size)
value = demo_instance.value
demo_instance.value = i
main()
避免数据复制避免无意义的数据复制
交换值时不使用中间变量
a, b = b, a
字符串拼接使用join而不是+
当使用a + b拼接字符串时，由于 Python 中字符串是不可变对象，其会申请一块内存空间，将a和b分别复制到该新申请的内存空间中。因此，如果要拼接 n 个字符串，会产生 n-1 个中间结果，每产生一个中间结果都需要申请和复制一次内存，严重影响运行效率。而使用join()拼接字符串时，会首先计算出需要申请的总的内存空间，然后一次性地申请所需内存，并将每个字符串元素复制到该内存中去。
# 不推荐写法
import string
from typing import List
def concatString(string_list: List[str]) -> str:
result = ''
for str_i in string_list:
result += str_i
return result
def main():
string_list = list(string.ascii_letters * 100)
for _ in range(10000):
result = concatString(string_list)
main()
# 推荐写法
import string
from typing import List
def concatString(string_list: List[str]) -> str:
return ''.join(string_list) # 使用 join 而不是 +
def main():
string_list = list(string.ascii_letters * 100)
for _ in range(10000):
result = concatString(string_list)
main()

利用 if 条件的短路特性

if 条件的短路特性是指对if a and b这样的语句， 当a为False时将直接返回，不再计算b；对于if a or b这样的语句，当a为True时将直接返回，不再计算b。因此， 为了节约运行时间，对于or语句，应该将值为True可能性比较高的变量写在or前，而and应该推后。

循环优化利用for代替while；这是由于Python中for循环比while循环更快；

利用隐式for循环代替显式for循环；例如隐式sum(range(10000))；

减少内层循环计算；

使用numba.jit优化

使用合适的数据结构

Python 内置的数据结构如str, tuple, list, set, dict底层都是 C 实现的，速度非常快，自己实现新的数据结构想在性能上达到内置的速度几乎是不可能的。