为什么使用“for _ in range(n)”比“for _ in [""]*n”慢？

Question

在测试替代for _ in range(n)（用于执行某些操作n次，即使该操作不依赖于n的值）时，我注意到另一种模式的表述更快，即for _ in [""] * n。

例如：

timeit('for _ in range(10^1000): pass', number=1000000)

返回16.4秒；

然而，

timeit('for _ in [""]*(10^1000): pass', number=1000000)

需要10.7秒。

为什么在Python 3中，[""] * 10^1000比range(10^1000)快那么多？

所有的测试都是使用Python 3.3进行的。

- Dunedubby

---

顺便提一下，当你在迭代时并不关心数值本身时，使用下划线是惯用法：for _ in range(n)。 - Kevin

就这个问题而言，timeit('for x in range(10): pass', number=10000000) 的结果为 5.320733592294609，而 timeit('for x in [0]*10: pass',number=10000000) 的结果为 4.120525842738559。 - kylieCatt

timeit('for _ in [0]*100: pass',number=1000000) 的结果是 1.6880948543548584，而 timeit('for _ in [None]*100: pass',number=1000000) 的结果是 1.6721088886260986，还有 timeit('for _ in ['']*100: pass',number=1000000) 的结果是 0.13373517990112305 - 真棒！ - camz

另外需要注意的是，在Python中幂运算符是**（例如10**1000），而^表示二进制异或，因此10^1000的结果为994。 - hamstergene

我假设你在使用 10^1000 时并不是想要异或（它等于 994），而是想要幂运算：**（它等于一个后面跟着 1000 个零的数字 1）。 - Navith

Answer 1

你的问题在于你没有正确地给timeit提供输入。

你需要给timeit提供包含Python语句的字符串。如果你没有这样做，

stmt = 'for _ in ['']*100: pass'

观察stmt的值。方括号内的引号字符匹配了字符串定界符，因此它们被Python解释为字符串定界符。由于Python会连接相邻的字符串文本，你会发现你实际上拥有的是'for _ in [' + ']*100: pass'与'for _ in []*100: pass'相同，即只是在空列表上进行循环，而不是一个包含100个元素的列表。尝试使用例如以下代码来运行测试：

stmt = 'for _ in [""]*100: pass'

- John Y

---

读了几遍后才明白实际问题是引号。你能澄清一下吗？谢谢！ - Paco

冒着让这个有用/好的答案变得毫无意义的风险，也许问题应该改回来，或者修改以包括两个版本。原始问题不再被回答了，为什么[0]*100（或类似的任何内容）比range(100)更快？ - camz

@Dunedubby 速度略有差异是可以理解的，因为 range 必须创建 n 个 int 对象，而 iter([None] * n) 可以使用 C 端整数进行循环。 - Veedrac

@camz：因为正如Veedrac所说，不需要创建新的整数对象（range()会按需生成整数）。 - Martijn Pieters

Answer 2

当迭代range()时，会生成0到n之间所有整数的对象；即使已缓存小整数，这也需要一定的时间。

另一方面，循环[None] * n则会产生n个对同一对象的引用，并且创建该列表会更快一些。

然而，range()对象使用的内存要少得多，而且更易读，这就是为什么人们喜欢使用它的原因。大多数代码不必追求极致的性能。

如果你需要那种速度，可以使用一个不占用内存的自定义可迭代对象，使用itertools.repeat()并带上第二个参数。

from itertools import repeat

for _ in repeat(None, n):

关于您的时间测试，存在一些问题。

首先，在您的 ['']*n 时间循环中，您犯了一个错误；您没有嵌入两个引号，而是连接了两个字符串并生成了一个空列表。

>>> '['']*n'
'[]*n'
>>> []*100
[]

我认为在迭代中，你迭代了0次，所以这是无敌的。

此外，您没有使用大数； ^ 是二进制异或运算符，而不是幂运算符：

>>> 10^1000
994

这意味着你的测试忽略了创建一个大空值列表所需的时间。使用更好的数字和None可以得到：

>>> from timeit import timeit
>>> 10 ** 6
1000000
>>> timeit("for _ in range(10 ** 6): pass", number=100)
3.0651066239806823
>>> timeit("for _ in [None] * (10 ** 6): pass", number=100)
1.9346517859958112
>>> timeit("for _ in repeat(None, 10 ** 6): pass", 'from itertools import repeat', number=100)
1.4315521717071533

- Martijn Pieters