内联 Python 函数

Question

在 C 程序中，内联函数是一种相当直观的优化。如果内联函数的主体足够小，则最终保存到函数的跳转和堆栈帧的创建，并将返回值存储在函数结果将被存储的任何地方，跳转到内联函数的“主体”的末尾" 而不是长跳转到返回指针。

我有兴趣在 Python 中做同样的事情，将两个 Python 函数转换为另一个有效的 Python 函数，其中第一个被“内联”到第二个。一个理想的解决方案可能如下所示：

def g(x):
    return x ** 2

def f(y):
    return g(y + 3)

# ... Becomes ...

def inlined_f(y):
    return (y + 3) ** 2

显然，在像 Python 这样动态的语言中，自动执行此操作并非易事。我想出的最好的通用解决方案是使用dict 来捕获传递给函数的参数，将函数体包装在一个迭代for 循环中，使用break 跳转到函数的末尾, 并将参数的使用替换为参数字典中的索引。结果如下所示：

def inlined_f(y):
    _g = dict(x=y + 3)
    for ____ in [None]:
        _g['return'] = _g['x'] ** 2
        break
    _g_return = _g.get('return', None)
    del _g
    return _g_return

我不在乎它难看，但我确实在乎它不支持从循环内返回。例如：

def g(x):
    for i in range(x + 1):
        if i == x:
            return i ** 2
    print("Woops, you shouldn't get here")

def inlined_f(y):
    _g = dict(x=y + 3)
    for ____ in [None]:
        for _g['i'] in range(_g['x'] + 1):
            if _g['i'] == _g['x']:
                _g['return'] _g['i'] ** 2
                break  # <-- Doesn't exit function, just innermost loop
        print("Woops, you shouldn't get here")
    _g_return = _g.get('return', None)
    del _g
    return _g_return

我可以采取什么方法来避免需要使用break 来“跳”出内联函数的主体？我也愿意接受一种整体更好、更通用的方法来将一个 Python 函数内联到另一个函数中。

作为参考，我在 AST（抽象语法树）级别工作，因此使用已解析的 Python 代码；显然，在文字值之外，我不知道在执行这种转换时任何东西会有什么值或类型。生成的内联函数的行为必须与原始函数相同，并且必须支持调用函数时通常可用的所有功能。这在 Python 中是否可行？

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编辑：我应该澄清一下，因为我使用了“优化”标签，我实际上对性能提升并不感兴趣。生成的代码不需要更快，它只是不能调用内联函数，同时仍然表现相同。您可以假设这两个函数的源代码都可以作为有效的 Python 使用。

Answer 1

与return 最接近的模拟可能是引发Exception，它可以从嵌套循环中弹出到“内联函数”的顶部。

class ReturnException(Exception):
    pass


g = dict(x=y + 3)
try:
    for j in some_loop:
        for _g['i'] in range(_g['x'] + 1):
            if _g['i'] == _g['x']:
                raise ReturnException(_g['i'] ** 2)
except ReturnException as e:
    _g['return'] = e.message
else:
    _g['return'] = None

我不知道有多少开销与异常相关，或者这是否比简单地调用函数更快。

Answer 2

在源代码级别我看到的唯一合理的方法，简化了：

• 将源代码解析为某个 AST（或仅使用 the built-in AST）。
• 复制代表函数主体的子树。
• 重命名子树中的变量，例如通过添加一个唯一的前缀。
• 在调用站点，使用函数的新变量名将所有传递的参数替换为赋值。
• 删除调用并用你准备好的函数体替换它。
• 将 AST 序列化回源代码。

真正的问题是什么：

• 生成器函数；只是不要内联它们。
• 从需要运行finally 部分的try/finally 下返回。可能很难正确重写；恕我直言，最好不要加衬里。
• 从需要运行__exit__ 部分的上下文管理器下返回。虽然并非不可能，但重写保留语义也很棘手；最好不要内联。
• 中间函数返回，尤其是在多个循环构造中。您可能需要用一个额外的变量替换它们并将其线程化到每个while 语句的每个条件中，并可能在for 语句中添加一个条件中断。同样，并非不可能，但最好不要内联。