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萬萬沒想到，除了香農計劃，Python3.11竟還有這么多性能提升！

生活百科

眾所周知，Python 3.11 版本帶來了較大的性能提升，但是，它具體在哪些方面上得到了優化呢？除了著名的“香農計劃”外，它還包含哪些與性能相關的優化呢？本文將帶你一探究竟！

作者：Beshr Kayali
譯者：豌豆花下貓@Python貓
英文：python-311-speedup-part-1" rel="external nofollow noreferrer">https://log.beshr.com/python-311-speedup-part-1
轉載請保留作者及譯者信息！
Python 3.11 在幾天前發布了，它照例帶來了很多新特性，例如異常組、細粒度的錯誤位置與堆棧回溯、標準庫對 TOML 的解析支持，當然，還有備受大家期待的由 faster CPython 項目帶來的速度提升 。
根據 pyperformance 的基準測試，CPython 3.11 比 CPython 3.10 平均快 25% 。這項改進的原因之一是 Guido 命名的“香農計劃”（即 faster CPython） 。對于 3.11 版本，這個計劃在兩個主要方向進行了大量優化：啟動時和運行時 。
除此之外，Python 3.11 還包含有其它的優化，這些優化不屬于香農計劃 。
在本文中，我將詳細介紹 3.11.0 穩定版中常規優化的細節（即非 faster CPython 項目的改進） 。
（譯注：作者表示將另寫一篇文章介紹 faster CPython 的改進細節，屆時，我也將繼續翻譯，敬請期待！）
目錄
  • 優化了一些 printf 風格 % 的格式化代碼
  • 優化了 Python 大整數的除法
  • 優化了數字 PyLongs 求和
  • 精簡列表的擴容操作，提升了 list.append 性能
  • 減少了全 unicode 鍵的字典的內存占用
  • 提升了使用asyncio.DatagramProtocol 傳輸大文件的速度
  • 對于 math 庫：優化了 comb(n, k) 與 perm(n, k=None)
  • 對于 statistics 庫：優化了 mean(data)、variance(data, xbar=None) 與 stdev(data, xbar=None)
  • 純 ASCII 字符串的 unicodedata.normalize()，提升到常數時間
優化了一些 printf 風格 % 的格式化代碼使用格式化的字符串字面量（python.org/pep-0498/" rel="external nofollow noreferrer">formatted string literals）是最快的格式化字符串的方法 。
Python 3.10 中的一個簡單基準測試：
$ python -m pyperf timeit -s \'k = "foo"; v = "bar"' -- '"%s = %r" % (k, v)'.....................Mean +- std dev: 187 ns +- 8 ns但是使用 f-string 似乎要快 42%：
$ python -m pyperf timeit -s \'k = "foo"; v = "bar"' -- 'f"{k!s} = {v!r}"'.....................Mean +- std dev: 131 ns +- 9 ns優化性能的手段是將簡單的 C 風格的格式化方法轉換為 f-string 方法 。在 3.11.0 中，只轉換了 %s、%r 和 %a 三種，但是目前有一個待合入的 python/cpython/pull/26160" rel="external nofollow noreferrer">pull request，將會支持：%d、%i、%u、%o、%x、%X、%f、 %e、%g、%F、%E、%G 。
例如，下面是 Python 3.11 中相同基準測試的結果：
$ python -m pyperf timeit -s \'k = "foo"; v = "bar"' -- '"%s = %r" % (k, v)'.....................Mean +- std dev: 100 ns +- 5 ns大約快了 87%！當然，3.11 中其它的優化對此也有影響，比如更快的解釋器啟動時間 。
優化了 Python 大整數的除法在 Python 3.10 中：
python -m pyperf timeit -s 'x=10**1000' -- 'x//10'.....................Mean +- std dev: 1.18 us +- 0.02 us在 Python 3.11 中：
python -m pyperf timeit -s 'x=10**1000' -- 'x//10'.....................Mean +- std dev: 995 ns +- 15 ns大約快了18% 。
這項優化源自 Mark Dickinson 的一個發現，即編譯器總會生成 128:64 的除法指令，盡管處理的是 30 位的數值 。
即使在 x64 上，Python 的除法也有些殘缺 。假設是 30 位數字，則多精度除法所需的基本結構是 64 位除以 32 位的無符號整數除法，產生一個 32 位的商（理想情況下還會產生一個 32 位余數） 。有一個 x86/x64 指令可以做到這一點，也就是 DIVL 。但是如果不使用內聯匯編，當前版本的 GCC 和 Clang 顯然做不到從 longobject.c 中發出該指令——它們只會在 x64 上使用 DIVQ（128 位除以 64 位的除法，盡管被除數的前 64 位被設為零），而在 x86 上則使用固有的 __udivti3 或 __udivti4 。

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