为什么C代码比Python代码运行得更快？

很酷的站长

发布于 2023-02-20 09:19:06

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在本文中，我们将了解为什么 C 语言代码比 Python 运行得更快。

Guido Van Rossum开发了Python，这是最著名的编程语言之一。Python 因其清晰的语法和简单的代码而在开发人员中很受欢迎，即使对于新手也是如此。对于那些刚刚开始编程职业生涯的人来说，学习Python是非常有利的。他们可以使用 Python 编程培训、博客、视频、模块和数千种其他资源来了解这种流行语言的各个方面。完成后，您将能够进行现代开发活动，例如GUI开发，网页设计，系统管理，复杂的金融交易或计算，数据科学，可视化等等。

Python比C慢，因为它是一种解释型语言。

因此，需要更多真实的 CPU 指令来执行给定的语句。

您可以通过将数字 1 添加到变量或将其与给定值进行比较来验证变量的值是否在 Python 代码中，以查看它是否小于、大于或精确等于该值。

不同之处在于，Python代码不会被CPU立即执行，而是被解释。

就性能而言，这让世界变得不同。

几乎总是使用虚拟机来运行Python代码

虚拟计算机的另一个名称是“字节码解释器”。

解释代码总是比实际的机器代码慢，因为它需要更多的指令来实现指令，而不是执行实际的机器指令。

例

考虑表达式 x += 1。在英特尔 CPU 中，寄存器增量是延迟为 1 的单次操作，倒数吞吐量为 1/3。

换句话说，它是指英特尔处理器可以提供的最快 CPU 指令。

在 Python 中，这个 x += 1 是如何实现的？

要理解这一点，你必须首先了解Python在内部是如何工作的。

Python 的内部组件包括一个分词器、一个词法分析器、一个字节码生成器和一个字节码解释器 -

Tokenizer - 它从给定的ASCII文本文件（Python代码）创建一个令牌流。
Lexical Analyzer - Python的这个领域涉及适当的缩进和间距。此时将进行语法检查。
字节码生成器 − 如果进行了任何优化，则由 Python 组件进行;但是，由于 Python 不是一种编译语言，因此与从 C 编译器获得的优化范围相比，可用优化的范围受到限制。
称为“字节码解释器”的 Python 模块管理字节码流并为 Python 虚拟机提供支持（维护其状态）。

生成后，字节码通常缓存在内存中。

因为您不必对 Python 已经看到的代码重复标记化、词法分析和字节码生成过程，所以这可以提高速度。

因此，与其在每次循环 while 循环时都经历标记化、词法分析和字节码创建过程，我们可以继续将字节码传递给字节码解释器。

这不是更快吗？不，实际上不是。

尽管使用缓存字节码更快，但它的执行或操作速度不如机器代码快。

运行代码的真正 CPU 不是虚拟计算机。

编译过程

编译的UCSD Pascal与当时的其他编译语言不同，没有编译为汇编语言。相反，它被编译成p代码。

因此，当您想到“编译的Pascal程序”时，就会想到p-Code。如果你喜欢Java或Python，并且想假装你想出了新的东西，请使用“字节码”。

此外，Python 还包括“编译的 Python”的概念，它指的是由分词器、词法分析器和字节码生成器处理的 Python 代码，以创建准备好提供给字节码解释器（AKA Python 虚拟机）的缓存字节码。

它是一个包含 Python 源代码的 ASCII 文本文件，当您看到带有 extension.py 的文件时。

PYthon，编译是扩展名为“.pyc”的文件所代表的。

尽管如此，虚拟计算机仍会执行创建的代码。

原生代码

一旦程序被构建出来，它还没有完全转换为本机代码，直到它被转换为它所设计的平台的本机二进制CPU指令。

这通常涉及编写汇编代码、将其传递给汇编程序以及让汇编程序创建特定于平台的目标文件，而不是使用字节码。

在程序连接到平台运行时之前，它尚未准备好使用。运行时可以提供运行时服务，例如动态对象加载，并构建代码将在其中执行的环境。在编译的 C 中，存在运行时。已编译C++具有运行时。

为什么 Python 比 C 慢？

Python 执行大量健全性检查 - 整数永远不会溢出，无效内存永远无法访问，类型永远不会（静默地）不正确，数组永远不会被写入或读取超过它们的末尾。在 Python 中，很难有一个“非本地错误”，但在 C 语言中，有一个实际上不是报告错误的错误是相当普遍的。
Python 的编译器不会做非常高级的优化（如果有的话）——一方面，速度并不像在 C 中那么重要，而且没有那么多的信息可以继续——例如，在 Common Lisp 中，另一种动态语言，如 Python，你可以提供类型注释以获得与 C 相同的速度——如果你选择退出安全检查并承诺某些变量将具有某些类型，你会得到完全相同的机器代码指令（如果你的程序有错误，也会得到完全相同的奇怪行为）。