如何在不显着减速的情况下使用 Python 3.4 的枚举？

Question

我正在编写一个井字游戏并使用枚举来表示三个结果——lose、draw 和win。我认为这会比使用字符串("lose", "win", "draw") 来指示这些值更好。但是使用枚举给了我很大的性能损失。

这是一个最小的例子，我只是引用 Result.lose 或文字字符串 lose。

import enum
import timeit
class Result(enum.Enum):
    lose = -1
    draw = 0
    win = 1

>>> timeit.timeit('Result.lose', 'from __main__ import Result')
1.705788521998329
>>> timeit.timeit('"lose"', 'from __main__ import Result')
0.024598151998361573

这比简单地引用全局变量要慢得多。

k = 12

>>> timeit.timeit('k', 'from __main__ import k')
0.02403248500195332

我的问题是：

• 我知道在 Python 中全局查找比本地查找慢得多。但为什么枚举查找更糟糕？
• 如何在不牺牲性能的情况下有效地使用枚举？事实证明，枚举查找完全支配了我的井字游戏程序的运行时间。我们可以在每个函数中保存枚举的本地副本，或者将所有内容包装在一个类中，但这两种方法都显得笨拙。

Answer 1

您正在计时计时循环。 完全忽略字符串文字本身：

>>> import dis
>>> def f(): "lose"
... 
>>> dis.dis(f)
  1           0 LOAD_CONST               1 (None)
              3 RETURN_VALUE        

这是一个什么都不做的函数。所以计时循环需要0.024598151998361573 秒才能运行 100 万次。

在这种情况下，字符串实际上变成了f函数的文档字符串：

>>> f.__doc__
'lose'

但是如果没有赋值或者是表达式的一部分，CPython 通常会在代码中省略字符串文字：

>>> def f():
...     1 + 1
...     "win"
... 
>>> dis.dis(f)
  2           0 LOAD_CONST               2 (2)
              3 POP_TOP             

  3           4 LOAD_CONST               0 (None)
              7 RETURN_VALUE        

这里 1 + 1 被折叠成一个常量 (2)，字符串文字再次消失。

因此，您无法将此与在 enum 对象上查找属性进行比较。是的，查找属性需要循环。但是查找另一个变量也是如此。如果你真的很担心性能，你可以随时缓存属性查找：

>>> import timeit
>>> import enum
>>> class Result(enum.Enum):
...     lose = -1
...     draw = 0
...     win = 1
... 
>>> timeit.timeit('outcome = Result.lose', 'from __main__ import Result')
1.2259576459764503
>>> timeit.timeit('outcome = lose', 'from __main__ import Result; lose = Result.lose')
0.024848614004440606

在timeit 测试中，所有变量都是本地变量，因此Result 和lose 都是本地查找。

enum 属性查找确实比“常规”属性查找需要更多时间：

>>> class Foo: bar = 'baz'
... 
>>> timeit.timeit('outcome = Foo.bar', 'from __main__ import Foo')
0.04182224802207202

这是因为enum 元类包含一个specialised __getattr__ hook，每次查找属性时都会调用它； enum 类的属性在专门的字典而不是 __dict__ 类中查找。执行该钩子方法和附加属性查找（访问地图）都需要额外的时间：

>>> timeit.timeit('outcome = Result._member_map_["lose"]', 'from __main__ import Result')
0.25198313599685207
>>> timeit.timeit('outcome = map["lose"]', 'from __main__ import Result; map = Result._member_map_')
0.14024519600206986

在井字游戏中，您通常不会担心时间差异微不足道会导致什么结果。当 人类玩家 比你的计算机慢几个数量级时，则不然。人类玩家不会注意到 1.2 微秒或 0.024 微秒之间的差异。