为什么在Python代码中使用局部变量会更快

2023-11-13 12:15:34

在Python开发中，一个常见的效率优化方法就是在进入循环之前，使用局部变量来替代全局变量。具体的，可以对比下面的两个函数：

g = 2

def local_var():
    global g
    l = g
    for i in range(100000000):
        i % l
        i + l

def global_var():
    global g
    for i in range(100000000):
        i % g
        i + g

在这个大循环中，global_var采用了全局变量，而local_var中则先用l = g把全局变量放到了局部变量里。我们可以通过timeit模块来获取他们的运行时间，比如

>>> import timeit
>>> timeit.timeit(local_var, number=1, globals=globals())
6.773113199975342
>>> timeit.timeit(global_const, number=1, globals=globals())
6.331308399792761

如果多次比较，会发现local_var确实明显要比global_var快一些。为了分析原因，我们可以用dis模块来分别反编译这两个函数的Python中间代码，放在下面进行对比：

dis.dis(local_var) dis.dis(global_var)

  3           0 LOAD_GLOBAL              0 (g)
              2 STORE_FAST               0 (l)

  4           4 SETUP_LOOP              32 (to 38)
              6 LOAD_GLOBAL              1 (range)
              8 LOAD_CONST               1 (100000000)
             10 CALL_FUNCTION            1
             12 GET_ITER
        >>   14 FOR_ITER                20 (to 36)
             16 STORE_FAST               1 (i)

  5          18 LOAD_FAST                1 (i)
             20 LOAD_FAST                0 (l)
             22 BINARY_MODULO
             24 POP_TOP

  6          26 LOAD_FAST                1 (i)
             28 LOAD_FAST                0 (l)
             30 BINARY_ADD
             32 POP_TOP
             34 JUMP_ABSOLUTE           14
        >>   36 POP_BLOCK
        >>   38 LOAD_CONST               0 (None)
             40 RETURN_VALUE

  3           0 SETUP_LOOP              32 (to 34)
              2 LOAD_GLOBAL              0 (range)
              4 LOAD_CONST               1 (100000000)
              6 CALL_FUNCTION            1
              8 GET_ITER
        >>   10 FOR_ITER                20 (to 32)
             12 STORE_FAST               0 (i)

  4          14 LOAD_FAST                0 (i)
             16 LOAD_GLOBAL              1 (g)
             18 BINARY_MODULO
             20 POP_TOP

  5          22 LOAD_FAST                0 (i)
             24 LOAD_GLOBAL              1 (g)
             26 BINARY_ADD
             28 POP_TOP
             30 JUMP_ABSOLUTE           10
        >>   32 POP_BLOCK
        >>   34 LOAD_CONST               0 (None)
             36 RETURN_VALUE

比较发现，两个函数的主要区别在于循环中，local_var使用的是LOAD_FAST指令儿global_var中使用的是LOAD_GLOBAL指令。在Python的解释器执行中，因为LOAD_GLOBAL要在全局的字典中进行查找，所以LOAD_GLOBAL要比LOAD_FAST慢不少。这应该就是采用局部变量这一优化方法可以让Python程序更快的原因了。所以，养成在进入大规模的循环之前，用局部变量还是替代全局变量的习惯，还是相当有必要的。

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