Python 使用和高性能技巧总结

b_deep_copy = copy.deepcopy(a)

assert b_deep_copy == a and b_deep_copy is not a and b_deep_copy[2] is not a[2]

对别名的修改会影响原变量，（浅）复制中的元素是原列表中元素的别名，而深层复制是递归的进行复制，对深层复制的修改不影响原变量。

1.4 == 和 is

x == y # 两引用对象是否有相同值

x is y # 两引用是否指向同一对象

1.5 判断类型

type(a) == int # 忽略面向对象设计中的多态特征

isinstance(a, int) # 考虑了面向对象设计中的多态特征

1.6 字符串搜索

str.find(sub, start=None, end=None); str.rfind(...) # 如果找不到返回-1

str.index(sub, start=None, end=None); str.rindex(...) # 如果找不到抛出ValueError异常

1.7 List 后向索引

这个只是习惯问题，前向索引时下标从0开始，如果反向索引也想从0开始可以使用~。

print(a[-1], a[-2], a[-3])

print(a[~0], a[~1], a[~2])

2. C/C++ 用户使用指南

不少 Python 的用户是从以前 C/C++ 迁移过来的，这两种语言在语法、代码风格等方面有些不同，本节简要进行介绍。

2.1 很大的数和很小的数

C/C++ 的习惯是定义一个很大的数字，Python 中有 inf 和 -inf：

a = float('inf')

b = float('-inf')

2.2 布尔值

C/C++ 的习惯是使用 0 和非 0 值表示 True 和 False， Python 建议直接使用 True 和 False 表示布尔值。

a = True

b = False

2.3 判断为空

C/C++ 对空指针判断的习惯是 if (a) 和 if (!a)。Python 对于 None 的判断是：

if x is None:

pass

如果使用 if not x，则会将其他的对象（比如长度为 0 的字符串、列表、元组、字典等）都会被当做 False。

2.4 交换值

C/C++ 的习惯是定义一个临时变量，用来交换值。利用 Python 的 Tuple 操作，可以一步到位。

a, b = b, a

2.5 比较

C/C++ 的习惯是用两个条件。利用 Python 可以一步到位。

if 0 < a < 5:

pass

2.6 类成员的 Set 和 Get

C/C++ 的习惯是把类成员设为 private，通过一系列的 Set 和 Get 函数存取其中的值。在 Python 中虽然也可以通过 @property、@setter、@deleter 设置对应的 Set 和 Get 函数，我们应避免不必要的抽象，这会比直接访问慢 4 - 5 倍。

2.7 函数的输入输出参数

C/C++ 的习惯是把输入输出参数都列为函数的参数，通过指针改变输出参数的值，函数的返回值是执行状态，函数调用方对返回值进行检查，判断是否成功执行。在 Python 中，不需要函数调用方进行返回值检查，函数中遇到特殊情况，直接抛出一个异常。

2.8 读文件

相比 C/C++，Python 读文件要简单很多，打开后的文件是一个可迭代对象，每次返回一行内容。

with open(file_path, 'rt', encoding='utf-8') as f:

for line in f:

print(line) # 末尾的\n会保留

2.9 文件路径拼接

C/C++ 的习惯通常直接用 + 将路径拼接，这很容易出错，Python 中的 os.path.join 会自动根据操作系统不同补充路径之间的 / 或 \ 分隔符：

import os

os.path.join('usr', 'lib', 'local')

2.10 解析命令行选项

虽然 Python 中也可以像 C/C++ 一样使用 sys.argv 直接解析命令行选择，但是使用 argparse 下的 ArgumentParser 工具更加方便，功能更加强大。

2.11 调用外部命令

虽然 Python 中也可以像 C/C++ 一样使用 os.system 直接调用外部命令，但是使用 subprocess.check_output 可以自由选择是否执行 Shell，也可以获得外部命令执行结果。

import subprocess

# 如果外部命令返回值非0，则抛出subprocess.CalledProcessError异常

result = subprocess.check_output(['cmd', 'arg1', 'arg2']).decode('utf-8')

# 同时收集标准输出和标准错误

result = subprocess.check_output(['cmd', 'arg1', 'arg2'], stderr=subprocess.STDOUT).decode('utf-8')

# 执行shell命令（管道、重定向等），可以使用shlex.quote将参数双引号引起来

result = subprocess.check_output('grep python | wc > out', shell=True).decode('utf-8')

2.12 不重复造轮子

不要重复造轮子，Python称为batteries included即是指Python提供了许多常见问题的解决方案。

3. 常用工具

3.1 读写 CSV 文件

import csv

# 无header的读写

with open(name, 'rt', encoding='utf-8', newline='') as f: # newline=''让Python不将换行统一处理

for row in csv.reader(f):

print(row[0], row[1]) # CSV读到的数据都是str类型

with open(name, mode='wt') as f:

f_csv = csv.writer(f)

f_csv.writerow(['symbol', 'change'])

# 有header的读写

with open(name, mode='rt', newline='') as f:

for row in csv.DictReader(f):

print(row['symbol'], row['change'])

with open(name, mode='wt') as f:

header = ['symbol', 'change']

f_csv = csv.DictWriter(f, header)

f_csv.writeheader

f_csv.writerow({'symbol': xx, 'change': xx})

import sys

csv.field_size_limit(sys.maxsize)

csv 还可以读以 \t 分割的数据

f = csv.reader(f, delimiter='\t')

3.2 迭代器工具

itertools 中定义了很多迭代器工具，例如子序列工具：

import itertools

itertools.islice(iterable, start=None, stop, step=None)

# islice('ABCDEF', 2, None) -> C, D, E, F

itertools.filterfalse(predicate, iterable) # 过滤掉predicate为False的元素

# filterfalse(lambda x: x < 5, [1, 4, 6, 4, 1]) -> 6

itertools.takewhile(predicate, iterable) # 当predicate为False时停止迭代

# takewhile(lambda x: x < 5, [1, 4, 6, 4, 1]) -> 1, 4

itertools.dropwhile(predicate, iterable) # 当predicate为False时开始迭代

# dropwhile(lambda x: x < 5, [1, 4, 6, 4, 1]) -> 6, 4, 1

itertools.compress(iterable, selectors) # 根据selectors每个元素是True或False进行选择

# compress('ABCDEF', [1, 0, 1, 0, 1, 1]) -> A, C, E, F

序列排序：

sorted(iterable, key=None, reverse=False)

itertools.groupby(iterable, key=None) # 按值分组，iterable需要先被排序

# groupby(sorted([1, 4, 6, 4, 1])) -> (1, iter1), (4, iter4), (6, iter6)

itertools.permutations(iterable, r=None) # 排列，返回值是Tuple

# permutations('ABCD', 2) -> AB, AC, AD, BA, BC, BD, CA, CB, CD, DA, DB, DC

itertools.combinations(iterable, r=None) # 组合，返回值是Tuple

itertools.combinations_with_replacement(...)

# combinations('ABCD', 2) -> AB, AC, AD, BC, BD, CD

多个序列合并：

itertools.chain(*iterables) # 多个序列直接拼接

# chain('ABC', 'DEF') -> A, B, C, D, E, F

import heapq

heapq.merge(*iterables, key=None, reverse=False) # 多个序列按顺序拼接

# merge('ABF', 'CDE') -> A, B, C, D, E, F

zip(*iterables) # 当最短的序列耗尽时停止，结果只能被消耗一次

itertools.zip_longest(*iterables, fillvalue=None) # 当最长的序列耗尽时停止，结果只能被消耗一次

3.3 计数器

计数器可以统计一个可迭代对象中每个元素出现的次数。

import collections

# 创建

collections.Counter(iterable)

# 频次

collections.Counter[key] # key出现频次

# 返回n个出现频次最高的元素和其对应出现频次，如果n为None，返回所有元素

collections.Counter.most_common(n=None)

# 插入/更新

collections.Counter.update(iterable)

counter1 + counter2; counter1 - counter2 # counter加减

# 检查两个字符串的组成元素是否相同

collections.Counter(list1) == collections.Counter(list2)

3.4 带默认值的 Dict

当访问不存在的 Key 时，defaultdict 会将其设置为某个默认值。

import collections

collections.defaultdict(type) # 当第一次访问dict[key]时，会无参数调用type，给dict[key]提供一个初始值

3.5 有序 Dict

import collections

collections.OrderedDict(items=None) # 迭代时保留原始插入顺序

4. 高性能编程和调试

4.1 输出错误和警告信息

向标准错误输出信息

import sys

sys.stderr.write('')

输出警告信息

import warnings

warnings.warn(message, category=UserWarning)

# category的取值有DeprecationWarning, SyntaxWarning, RuntimeWarning, ResourceWarning, FutureWarning

控制警告消息的输出

$ python -W all # 输出所有警告，等同于设置warnings.simplefilter('always')

$ python -W ignore # 忽略所有警告，等同于设置warnings.simplefilter('ignore')

$ python -W error # 将所有警告转换为异常，等同于设置warnings.simplefilter('error')

4.2 代码中测试

有时为了调试，我们想在代码中加一些代码，通常是一些 print 语句，可以写为：

# 在代码中的debug部分

if __debug__:

pass

一旦调试结束，通过在命令行执行 -O 选项，会忽略这部分代码：

$ python -0 main.py

4.3 代码风格检查

使用 pylint 可以进行不少的代码风格和语法检查，能在运行之前发现一些错误

pylint main.py

4.4 代码耗时

耗时测试

$ python -m cProfile main.py

测试某代码块耗时

# 代码块耗时定义

from contextlib import contextmanager

from time import perf_counter

@contextmanager

def timeblock(label):

tic = perf_counter

try:

yield

finally:

toc = perf_counter

print('%s : %s' % (label, toc - tic))

# 代码块耗时测试

with timeblock('counting'):

pass

代码耗时优化的一些原则

专注于优化产生性能瓶颈的地方，而不是全部代码。

避免使用全局变量。局部变量的查找比全局变量更快，将全局变量的代码定义在函数中运行通常会快 15%-30%。

避免使用.访问属性。使用 from module import name 会更快，将频繁访问的类的成员变量 self.member 放入到一个局部变量中。

尽量使用内置数据结构。str, list, set, dict 等使用 C 实现，运行起来很快。

避免创建没有必要的中间变量，和 copy.deepcopy。

字符串拼接，例如 a + ':' + b + ':' + c 会创造大量无用的中间变量，':',join([a, b, c]) 效率会高不少。另外需要考虑字符串拼接是否必要，例如 print(':'.join([a, b, c])) 效率比 print(a, b, c, sep=':') 低。

专注于优化产生性能瓶颈的地方，而不是全部代码。

避免使用全局变量。局部变量的查找比全局变量更快，将全局变量的代码定义在函数中运行通常会快 15%-30%。

避免使用.访问属性。使用 from module import name 会更快，将频繁访问的类的成员变量 self.member 放入到一个局部变量中。

尽量使用内置数据结构。str, list, set, dict 等使用 C 实现，运行起来很快。

避免创建没有必要的中间变量，和 copy.deepcopy。

字符串拼接，例如 a + ':' + b + ':' + c 会创造大量无用的中间变量，':',join([a, b, c]) 效率会高不少。另外需要考虑字符串拼接是否必要，例如 print(':'.join([a, b, c])) 效率比 print(a, b, c, sep=':') 低。

5.1 argmin 和 argmax

items = [2, 1, 3, 4]

argmin = min(range(len(items)), key=items.__getitem__)

argmax同理。

5.2 转置二维列表

A = [['a11', 'a12'], ['a21', 'a22'], ['a31', 'a32']]

A_transpose = list(zip(*A)) # list of tuple

A_transpose = list(list(col) for col in zip(*A)) # list of list

5.3 一维列表展开为二维列表

A = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

# Preferred.

list(zip(*[iter(A)] * 2))

作者：张皓

作者：张皓

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