Язык программирования Python - Роман Сузи

Следует учитывать, что программа, реализующая некоторый алгоритм, не может быть оптимизирована до бесконечно малого времени вычисления: используемый алгоритм имеет определенную временную сложность и программу, основанную на слишком сложном алгоритме, существенно оптимизировать не удастся. Можно попытаться сменить алгоритм (хотя многие задачи этого сделать не позволяют) или ослабить требования к решениям. Иногда помогает упрощение алгоритма. К сожалению, оптимизация кода, как и программирование — задача неформальная, поэтому умение оптимизировать код приходит с опытом.

Если скорость работы программы при большой длине данных не устраивает, следует поискать более эффективный алгоритм. Если же более эффективный алгоритм практически нецелесообразен, можно попытаться провести оптимизацию кода.

Собственно, в данном примере для модуля timeit уже показан практический способ нахождения оптимального кода. Стоит также отметить, что с помощью профайлера нужно определить места кода, отнимающие наибольшую часть времени. Обычно это действия, выполняемые в самом вложенном цикле. Можно попытаться вынести из цикла все, что можно вычислить в более внешнем цикле или вообще вне цикла.

В языке Python вызов функции является относительно дорогостоящей операцией, поэтому на критичных по скорости участках кода следует избегать вызова большого числа функций.

В некоторых случаях работу программы на Python можно ускорить в несколько раз с помощью специального оптимизатора (он не входит в стандартную поставку Python, но свободно распространяется): psyco. Для ускорения программы достаточно добавить следующие строки в начале главного модуля программы:

import psyco

psyco.full()

Правда, некоторые функции не поддаются «компиляции» с помощью psyco. В этих случаях будут выданы предупреждения. Посмотрите документацию по psyco с тем, чтобы узнать ограничения в его использовании и способы их преодоления.

Еще одним вариантом ускорения работы приложения является переписывание критических участков алгоритма на языках более низкого уровня (С/С++) и использование модулей расширения из Python. Однако эта крайняя мера обычно не требуется или модули для задач, требующих большей эффективности, уже написаны. Например, для работы с растровыми изображениями имеется прекрасная библиотека модулей PIL (Python Imaging Library). Численные расчеты можно выполнять с помощью пакета Numeric и т.д.

Pychecker

Одним из наиболее интересных инструментов для анализа исходного кода Python программы является Pychecker. Как и lint для языка C, Pychecker позволяет выявлять слабости в исходном коде на языке Python. Можно рассмотреть следующий пример с использованием Pychecker:

import re, string

import re

a = "a b c"

def test(x, y):

 from string import split

 a = "x y z"

 print split(a) + x

test(['d'], 'e')

Pychecker выдаст следующие предупреждения:

badcode.py:1: Imported module (string) not used

badcode.py:2: Imported module (re) not used

badcode.py:2: Module (re) re–imported

badcode.py:5: Parameter (y) not used

badcode.py:6: Using import and from ... import for (string)

badcode.py:7: Local variable (a) shadows global defined on line 3

badcode.py:8: Local variable (a) shadows global defined on line 3

В первой строке импортирован модуль, который далее не применяется, то же самое с модулем re. Кроме того, модуль re импортирован повторно. Другие проблемы с кодом: параметр y не использован; модуль string применен как в операторе import, так и во from–import; локальная переменная a затеняет глобальную, которая определена в третьей строке.

Можно переписать этот пример так, чтобы Pychecker выдавал меньше предупреждений:

import string

a = "a b c"

def test(x, y):

 a1 = "x y z"

 print string.split(a1) + x

test(['d'], 'e')

Теперь имеется лишь одно предупреждение:

goodcode.py:4: Parameter (y) not used

Такое тоже бывает. Программист должен лишь убедиться, что он не сделал ошибки.

Исследование объекта

Даже самые примитивные объекты в языке программирования Python имеют возможности, общие для всех объектов: можно получить их уникальный идентификатор (с помощью функции id()), представление в виде строки — даже в двух вариантах (функции str() и repr()); можно узнать атрибуты объекта с помощью встроенной функции dir() и во многих случаях пользоваться атрибутом __dict__ для доступа к словарю имен объекта. Также можно узнать, сколько других объектов ссылается на данный с помощью функции sys.getrefcount(). Есть еще сборка мусора, которая применяется для освобождения памяти от объектов, которые более не используются, но имеют ссылки друг на друга (циклические ссылки). Сборкой мусора (garbage collection) можно управлять из модуля gc.

Все это подчеркивает тот факт, что объекты в Python существуют не сами по себе, а являются частью системы: они и их отношения строго учитываются интерпретатором.

Сразу же следует оговориться, что Python имеет две стороны интроспекции: «официальную», которую поддерживает описание языка и многие его реализации, и «неофициальную», которая использует особенности той или иной реализации. С помощью «официальных» средств интроспекции можно получить информацию о принадлежности объекта тому или иному классу (функция type()), проверить принадлежность экземпляра классу (isinstance()), отношение наследования между классами (issubclass()), а также получить информацию, о которой говорилось чуть выше. Это как бы приборная доска машины. С помощью «неофициальной» интроспекции (это то, что под капотом) можно получить доступ к чему угодно: к текущему фрейму исполнения и стеку, к байт-коду функции, к некоторым механизмам интерпретатора (от загрузки модулей до полного контроля над внутренней средой исполнения). Сразу же стоит сказать, что этот механизм следует рассматривать (и тем более вносить изменения) очень деликатно: разработчики языка не гарантируют постоянство этих механизмов от версии к версии, а некоторые полезные модули используют эти механизмы для своих целей. Например, упомянутый ранее ускоритель выполнения Python–кода psyco очень серьезно вмешивается во фреймы исполнения, заменяя их своими объектами. Кроме того, разные реализации Python могут иметь совсем другие внутренние механизмы.

Сказанное стоит подкрепить примерами.

В первом примере исследуется объект с помощью «официальных» средств. В качестве объекта выбрана обычная строка:

>>> s = "abcd"

>>> dir(s)

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__doc__',

'__eq__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__',

'__getslice__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__len__',

'__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__',

'__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__',

'__str__', 'capitalize', 'center', 'count', 'decode',

'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'index', 'isalnum', 'isalpha',

'isdigit', 'islower', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust',

'lower', 'lstrip', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rstrip',

'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title',

'translate', 'upper', 'zfill']

>>> id(s)

1075718400

>>> print str(s)

abcd

>>> print repr(s)

'abcd'

>>> type(s)

<type 'str'>

>>> isinstance(s, basestring)

True

>>> isinstance(s, int)

False

>>> issubclass(str, basestring)

True

«Неофициальные» средства интроспекции в основном работают в области представления объектов в среде интерпретатора. Ниже будет рассмотрено, как главная (на настоящий момент) реализация Python может дать информацию об определенной пользователем функции:

>>> def f(x, y=0):

...  """Function f(x, y)"""

...  global s

...  return t + x + y

...

>>> f.secure = 1     # присваивается дополнительный атрибут

>>> f.func_name      # имя

'f'

>>> f.func_doc       # строка документации

'Function f(x, y)'

>>> f.func_defaults  # значения по умолчанию

(0,)

>>> f.func_dict      # словарь атрибутов функции

{'secure': 1}

>>> co = f.func_code # кодовый объект

>>> co

<code object f at 0x401ec7e0, file "<stdin>", line 1>

Кодовые объекты имеют свои атрибуты:

>>> co.co_code # байт-код

'tx00x00|x00x00x17|x01x00x17Sdx01x00S'

>>> co.co_argcount # число аргументов

2

>>> co.co_varnames # имена переменных

('x', 'y')

>>> co.co_consts   # константы

(None,)

>>> co.co_names    # локальные имена