Язык программирования Python - Роман Сузи

'MAKE_CLOSURE', 'LOAD_CLOSURE', 'LOAD_DEREF', 'STORE_DEREF',

'CALL_FUNCTION_VAR', 'CALL_FUNCTION_KW', 'CALL_FUNCTION_VAR_KW',

'EXTENDED_ARG']

Легко догадаться, что LOAD означает загрузку значения в стек, STORE — выгрузку, PRINT — печать, BINARY — бинарную операцию и т.п.

Отладка

В интерпретаторе языка Python заложены возможности отладки программ, а в стандартной поставке имеется простейший отладчик — pdb. Следующий пример показывает программу, которая подвергается отладке, и типичную сессию отладки:

# File myfun.py

def fun(s):

 lst = []

 for i in s:

  lst.append(ord(i))

 return lst

Так может выглядеть типичный процесс отладки:

>>> import pdb, myfun

>>> pdb.runcall(myfun.fun, «ABCDE»)

> /examples/myfun.py(4)fun()

-> lst = []

(Pdb) n

> /examples/myfun.py(5)fun()

-> for i in s:

(Pdb) n

> /examples/myfun.py(6)fun()

-> lst.append(ord(i))

(Pdb) l

1   #!/usr/bin/python

2   # File myfun.py

3   def fun(s):

4    lst = []

5    for i in s:

6 ->  lst.append(ord(i))

7    return lst

[EOF]

(Pdb) p lst

[]

(Pdb) p vars()

{'i': 'A', 's': 'ABCDE', 'lst': []}

(Pdb) n

> /examples/myfun.py(5)fun()

-> for i in s:

(Pdb) p vars()

{'i': 'A', 's': 'ABCDE', 'lst': [65]}

(Pdb) n

> /examples/myfun.py(6)fun()

-> lst.append(ord(i))

(Pdb) n

> /examples/myfun.py(5)fun()

-> for i in s:

(Pdb) p vars()

{'i': 'B', 's': 'ABCDE', 'lst': [65, 66]}

(Pdb) r

- Return -

> /examples/myfun.py(7)fun() — >[65, 66, 67, 68, 69]

-> return lst

(Pdb) n

[65, 66, 67, 68, 69]

>>>

Интерактивный отладчик вызывается функцией pdb.runcall() и на его приглашение (Pdb) следует вводить команды. В данном примере сессии отладки были использованы некоторые из следующих команд: l (печать фрагмент трассируемого кода), n (выполнить все до следующей строки), s (сделать следующий шаг, возможно, углубившись в вызов метода или функции), p (печать значения), r (выполнить все до возврата из текущей функции).

Разумеется, некоторые интерактивные оболочки разработчика для Python предоставляют функции отладчика. Кроме того, отладку достаточно легко организовать, поставив в ключевых местах программы, операторы print для вывода интересующих параметров. Обычно этого достаточно, чтобы локализовать проблему. В CGI–сценариях можно использовать модуль cgitb, о котором говорилось в одной из предыдущих лекций.

Профайлер

Для определения мест в программе, на выполнение которых уходит значительная часть времени, обычно применяется профайлер.

Модуль profile

Этот модуль позволяет проанализировать работу функции и выдать статистику использования процессорного времени на выполнение той или иной части алгоритма.

В качестве примера можно рассмотреть профилирование функции для поиска строк из списка, наиболее похожих на данную. Для того чтобы качественно профилировать функцию difflib.get_close_matches(), нужен большой объем данных. В файле russian.txt собрано 160 тысяч слов русского языка. Следующая программа поможет профилировать функцию difflib.get_close_matches():

import difflib, profile

def print_close_matches(word):

 print "n".join(difflib.get_close_matches(word + "n", open("russian.txt")))

profile.run(r'print_close_matches("профайлер")')

При запуске этой программы будет выдано примерно следующее:

провайдер

трайлер

бройлер

899769 function calls (877642 primitive calls) in 23.620 CPU seconds

Ordered by: standard name

    ncalls tottime percall cumtime percall filename:lineno(function)

         1   0.000   0.000  23.610  23.610 <string>:1(?)

         1   0.000   0.000  23.610  23.610 T.py:6(print_close_matches)

         1   0.000   0.000   0.000   0.000 difflib.py:147(__init__)

         1   0.000   0.000   0.000   0.000 difflib.py:210(set_seqs)

    159443   1.420   0.000   1.420   0.000 difflib.py:222(set_seq1)

         2   0.000   0.000   0.000   0.000 difflib.py:248(set_seq2)

         2   0.000   0.000   0.000   0.000 difflib.py:293(__chain_b)

    324261   2.240   0.000   2.240   0.000 difflib.py:32(_calculate_ratio)

     28317   1.590   0.000   1.590   0.000 difflib.py:344(find_longest_match)

      6474   0.100   0.000   2.690   0.000 difflib.py:454(get_matching_blocks)

28317/6190   1.000   0.000   2.590   0.000 difflib.py:480(__helper)

      6474   0.450   0.000   3.480   0.001 difflib.py:595(ratio)

     28686   0.240   0.000   0.240   0.000 difflib.py:617(<lambda>)

    158345   8.690   0.000   9.760   0.000 difflib.py:621(quick_ratio)

    159442   2.950   0.000   4.020   0.000 difflib.py:650(real_quick_ratio)

         1   4.930   4.930  23.610  23.610 difflib.py:662(get_close_matches)

         1   0.010   0.010  23.620  23.620 profile:0(print_close_matches("профайлер"))

         0   0.000   0.000                 profile:0(profiler)

Здесь колонки таблицы показывают следующие значения: ncalls — количество вызовов (функции), tottime — время выполнения кода функции (не включая времени выполнения вызываемых из нее функций), percall — то же время, в пересчете на один вызов, cumtime — суммарное время выполнения функции (и всех вызываемых из нее функций), filename — имя файла, lineno — номер строки в файле, function — имя функции (если эти параметры известны).

Из приведенной статистики следует, что наибольшие усилия по оптимизации кода необходимо приложить в функциях quick_ratio() (на нее потрачено 8,69 секунд), get_close_matches() (4,93 секунд), затем можно заняться real_quick_ratio() (2,95 секунд) и _calculate_ratio() (секунд).

Это лишь самый простой вариант использования профайлера: модуль profile (и связанный с ним pstats) позволяет получать и обрабатывать статистику: их применение описано в документации.

Модуль timeit

Предположим, что проводится оптимизация небольшого участка кода. Необходимо определить, какой из вариантов кода является наиболее быстрым. Это можно сделать с помощью модуля timeit.

В следующей программе используется метод timeit() для измерения времени, необходимого для вычисления небольшого фрагмента кода. Измерения проводятся для трех вариантов кода, делающих одно и то же: конкатенирующих десять тысяч строк в одну строку. В первом случае используется наиболее естественный, «лобовой» прием инкрементной конкатенации, во втором — накопление строк в списке с последующим объединением в одну строку, в третьем применяется списковое включение, а затем объединение элементов списка в одну строку:

from timeit import Timer

t = Timer("""

res = ""

for k in range(1000000,1010000):

 res += str(k)

""")

print t.timeit(200)

t = Timer("""

res = []

for k in range(1000000,1010000):

 res.append(str(k))

res = ",".join(res)

""")

print t.timeit(200)

t = Timer("""

res = ",".join([str(k) for k in range(1000000,1010000)])

""")

print t.timeit(200)

Разные версии Python дадут различные результаты прогонов:

# Python 2.3

77.6665899754

10.1372740269

9.07727599144

# Python 2.4

9.26631307602

9.8416929245

7.36629199982

В старых версиях Python рекомендуемым способом конкатенации большого количества строк являлось накопление их в списке с последующим применением функции join() (кстати, инкрементная конкатенация почти в восемь раз медленнее этого приема). Начиная с версии 2.4, инкрементная конкатенация была оптимизирована и теперь имеет даже лучший результат, чем версия со списками (которая вдобавок требует больше памяти). Но чемпионом все–таки является работа со списковым включением, поэтому свертывание циклов в списковое включение позволяет повысить эффективность кода.

Если требуются более точные результаты, рекомендуется использовать метод repeat(n, k) — он позволяет вызывать timeit(k) n раз, возвращая список из n значений. Необходимо отметить, что на результаты может влиять загруженность компьютера, на котором проводятся испытания.

Оптимизация

Основная реализация языка Python пока что не имеет оптимизирующего компилятора, поэтому разговор об оптимизации касается только оптимизации кода самим программистом. В любом языке программирования имеются свои характерные приемы оптимизации кода. Оптимизация (улучшение) кода может происходить в двух (зачастую конкурирующих) направлениях: скорость и занимаемая память. В условиях достатка оперативной памяти приложения обычно оптимизируют по скорости. При оптимизации по времени программы для одноразового вычисления следует иметь в виду, что в общее время решения задачи входит не только выполнение программы, но и время ее написания. Не стоит тратить усилия на оптимизацию программы, если она будет использоваться очень редко.