Python 3 中的三向比较字符串

Question

假设您想优化在 Python 中实现的（字节）字符串比较密集型算法。由于中央代码路径包含此语句序列

if s < t:
    # less than ...
elif t < s:
    # greater than ...
else:
    # equal ...

将它优化为类似的东西会很棒

r = bytes_compare(s, t)
if r < 0:
    # less than ...
elif r > 0:
    # greater than ...
else:
    # equal ...

其中（假设的）bytes_compare()理想情况下只会调用通常经过优化的三路比较C 函数memcmp()。这会将字符串比较的次数减少一半。除非字符串超短，否则非常可行的优化。

但是如何使用 Python 3 实现呢？

附注：

Python 3 删除了三路比较全局函数cmp()和魔术方法__cmp__()。即使使用 Python 2，bytes该类也没有 __cmp__()成员。

使用该ctypes包可以直接调用，memcmp()但外部函数调用开销ctypes高得令人望而却步。

Answer 1

Python 3（包括 3.6）根本不包含任何对字符串的三向比较支持。尽管丰富的比较运算符等的内部实现__lt__()确实__eq__()调用（在- cf.memcmp()的 C 实现中），但没有可以利用的内部三向比较函数。bytesObjects/bytesobject.c

因此，编写一个通过调用提供三路比较函数的C 扩展memcmp()是下一个最好的事情：

#include <Python.h>
static PyObject* cmp(PyObject* self, PyObject* args) {
    PyObject *a = 0, *b = 0;
    if (!PyArg_UnpackTuple(args, "cmp", 2, 2, &a, &b))
        return 0;
    if (!PyBytes_Check(a) || !PyBytes_Check(b)) {
        PyErr_SetString(PyExc_TypeError, "only bytes() strings supported");
        return 0;
    }
    Py_ssize_t n = PyBytes_GET_SIZE(a), m = PyBytes_GET_SIZE(b);
    char *s = PyBytes_AsString(a), *t = PyBytes_AsString(b);
    int r = 0;
    if (n == m) {
        r = memcmp(s, t, n);
    } else if (n < m) {
        r = memcmp(s, t, n);
        if (!r)
            r = -1;
    } else {
        r = memcmp(s, t, m);
        if (!r)
            r = 1;
    }
    return PyLong_FromLong(r);
}
static PyMethodDef bytes_util_methods[] = {
    { "cmp", cmp, METH_VARARGS, "Three way compare 2 bytes() objects." },
    {0,0,0,0} };
static struct PyModuleDef bytes_util_def = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT, "bytes_util", "Three way comparison for strings.",
    -1, bytes_util_methods };
PyMODINIT_FUNC PyInit_bytes_util(void) {
    Py_Initialize();
    return PyModule_Create(&bytes_util_def);
}

编译：

gcc -Wall -O3 -fPIC -shared bytes_util.c -o bytes_util.so -I/usr/include/python3.6m

测试：

>>> import bytes_util
>>> bytes_util.cmp(b'foo', b'barx')
265725

memcmp与通过包调用相比ctypes，此外部调用与内置字节比较运算符具有相同的开销（因为它们也是使用标准 Python 版本作为 C 扩展实现的）。