Python解释器可以优化哪些内容？

Question

我认为由于“惰性求值”等语句：

if True and True (...):
    # do something

在Python解释器中，True and 部分之后的内容应该会被跳过。然而，与编译代码相比，我认为Python解释器无法优化明确的布尔比较这种不良风格，对吗？

if condition == True:
    # do something

一个编译器会优化这个，删除 == True 部分，但是解释器每次执行代码都必须评估在 condition == 部分后面等待的语句, 因此会做不必要的比较 == True ?! 还有其他类似的问题吗？即使我知道这个问题比较开放，但是我猜一些常见的例子是存在的？

- daniel451

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如果在Python中if condition和if condition == True是等价的，那么编译器会很容易地将它们转换为彼此。但是这种转换不会发生，因为这两个代码片段并不等价。有一件事，如果你尝试在C中这样做，你会得到完全相同的问题；许多不等于True的值都被认为是真。 - user2357112

考虑 if 2 == True: ... 和 if 2: ... 之间的区别。 - juanpa.arrivillaga

C语言直到C99才引入了内置的布尔类型。仍然有很多代码在if语句中使用其他类型，或者像#DEFINE BOOL char这样做，甚至<stdbool.h>将true定义为1。 - user2357112

好的，我确实必须问一下：为什么这很重要呢？如果你在运行解释性代码，为什么你要关心操作码级别的优化？ - spectras

@Qlstudio：因为这个问题非常宽泛，而且信息随时可能发生变化。这不是适合在Stack Overflow上提问的好问题。 - user2357112

Answer 1

它并不是很注重编译（CPython会将代码编译成字节码），但是该语言极具动态特性，阻碍了“传统”优化，这些优化通过在编译时检查难以确定的不变量进行指导，在Python中大多数关于代码实际执行的信息只有在运行时才能获得，因此在Python中的编译时难以检查。你提到的if condition == True: 是一个很好的例子，只有当编译器可以证明condition总是布尔值时，才能对比较进行优化，如果它源自当前范围内除文字面值之外的任何东西，这是一个非常麻烦的任务 - 如果在运行时，没有人管理覆盖True的内容，这仅在Python 2中可能发生。 请注意，某些类型推断是可能的，这实际上是像Jedi这样的代码完成工具的工作方式；但是，Jedi可以采取一些捷径，例如假设某种标准环境，而解释器必须处理语言允许的全局变量的最奇怪的修改。

因此，总体而言，CPython 并不会尝试非常努力地优化任何内容 - 实际上，据我所知，它似乎并不会进行任何“智能”代码分析，而是努力构建一个有效但“基本上是通用”的解释器。 因此，期望为你写的代码付出几乎相同的代价，没有优化器可以节省草率的代码。

顺便说一下，你的and示例不是解释器执行的优化，只是操作符语义定义的方式（它非常关键，因为它指定and和or具有短路评估并且这不是可选的“优化”，因为如果右操作数具有副作用，则可能会改变程序的可观察行为）。

对于这种动态语言，更好的方法是使用跟踪JIT - 解释器让代码运行一段时间，并观察看起来保持良好的不变量（例如，condition似乎总是布尔值，True总是 True，某些变量总是整数等等），然后使用此信息将优化版本的代码编译为机器代码。只要满足上述不变量，该版本就可以运行很长时间 - 但是，一旦用于编译优化版本的先决条件被打破，执行就会回到解释模式，并重新进行跟踪以找出是否可以构建新的优化版本。

因此，典型情况得到了很好的优化，应用了通常的优化技术，但是每当发生一些奇怪的事情（但是语言允许），运行时就可以回退到常规“文字”字节码解释。 这是从大多数动态语言中挤出良好性能的方法（大多数现代JavaScript引擎使用此基本方法的某些变体），在Python中也用于PyPy。

- Matteo Italia