在循环内重复添加字符串时，为什么 f 字符串比字符串连接慢？

Question

我正在使用 timeit 对项目的一些代码进行基准测试（使用免费的 replit，因此需要 1024MB 内存）：

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code = \'{"type":"body","layers":[\'\n\nfor x, row in enumerate(pixels):\n    for y, pixel in enumerate(row):\n        if pixel != (0, 0, 0, 0):\n            code += f\'\'\'{{"offsetX":{-start + x * gap},"offsetY":{start - y * gap},"rot":45,"size":{size},"sides":4,"outerSides":0,"outerSize":0,"team":"{\'#%02x%02x%02x\' % (pixel[:3])}","hideBorder":1}},\'\'\'\n    \ncode += \'],"sides":1,"name":"Image"}}\n

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该循环针对给定图像内的每个像素运行（当然效率不高，但我还没有实现任何减少循环时间的方法），因此我可以在循环中获得的任何优化都是值得的。

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我记得只要你组合 3 个以上的字符串\xe2\x80\x94，f 字符串就比字符串连接更快，如图所示，我组合了超过3个字符串\xe2\x80\x94，所以我决定将循环内的 += 替换为 f 字符串并查看改进。

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code = \'{"type":"body","layers":[\'\n\nfor x, row in enumerate(pixels):\n    for y, pixel in enumerate(row):\n        if pixel != (0, 0, 0, 0):\n            code = f\'\'\'{code}{{"offsetX":{-start + x * gap},"offsetY":{start - y * gap},"rot":45,"size":{size},"sides":4,"outerSides":0,"outerSize":0,"team":"{\'#%02x%02x%02x\' % (pixel[:3])}","hideBorder":1}},\'\'\'\n    \ncode += \'],"sides":1,"name":"Image"}}\n

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500次timeit迭代的结果：

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+= took 5.399778672000139 seconds\nfstr took 6.91279206800027 seconds\n

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我已经重新运行了多次；以上次数是迄今为止 f 弦所做的最好的次数。为什么在这种情况下 f 字符串速度较慢？

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PS：这是我第一次在这里发帖提问。任何有关如何改进我未来问题的建议将不胜感激：D

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Answer 1

因此，首先，理论上，具有不可变字符串的语言中的重复串联是O(n\xc2\xb2)，而有效实现的批量串联是O(n)，因此从理论上讲，这两个版本的代码都不适合重复串联。适用于任何地方的工作版本O(n)是：

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code = [\'{"type":"body","layers":[\']  # Use list of str, not str\n\nfor x, row in enumerate(pixels):\n    for y, pixel in enumerate(row):\n        if pixel != (0, 0, 0, 0):\n            code.append(f\'\'\'{{"offsetX":{-start + x * gap},"offsetY":{start - y * gap},"rot":45,"size":{size},"sides":4,"outerSides":0,"outerSize":0,"team":"{\'#%02x%02x%02x\' % (pixel[:3])}","hideBorder":1}},\'\'\')  # Append each new string to list\n    \ncode.append(\'],"sides":1,"name":"Image"}}\')\ncode = \'\'.join(code)  # Efficiently join list of str back to single str\n

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您的代码+=恰好能够足够高效地工作，因为在连接到没有其他活动引用的字符串时，CPython 对字符串连接进行了特定的优化，但 PEP8 风格指南中的第一个编程建议特别警告不要依赖它：

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a += b...不要依赖 CPython\xe2\x80\x99s 有效实现或形式的语句的就地字符串连接a = a + b。即使在 CPython 中，这种优化也是脆弱的（它仅适用于某些类型），并且在不使用引用计数的实现中根本不存在 xe2x80x99。在库的性能敏感部分，\'\'.join()应改用表单。这将确保在各种实现中串联在线性时间内发生。

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本质上，基于原始的+=代码受益于优化，因此最终执行的数据副本更少。基于 f 字符串的代码做了相同的工作，但在某种程度上阻止了 CPython 优化的应用（str 每次都构建一个全新的、越来越大的）。这两种方法的形式都很糟糕，其中一种在 CPython 上的表现稍微好一些。当您的热代码执行重复串联时，您已经在做错误的事情，只需在末尾使用listofstr和即可。\'\'.join

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