通过普通类、数据类和命名元组创建对象的有趣性能

Question

我正在浏览数据类并命名元组。我发现这种行为在使用 python 的不同特性创建对象时具有不同的性能。

数据类

In [1]: from dataclasses import dataclass
   ...:
   ...: @dataclass
   ...: class Position:
   ...:     lon: float = 0.0
   ...:     lat: float = 0.0
   ...:

In [2]: %timeit for _ in range(1000): Position(12.5, 345)
326 µs ± 34.9 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

普通班：

In [1]: class Position:
   ...:
   ...:     def __init__(self, lon=0.0, lat=0.0):
   ...:         self.lon = lon
   ...:         self.lat = lat
   ...:

In [2]: %timeit for _ in range(1000): Position(12.5, 345)
248 µs ± 2.89 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

命名元组：

In [2]: Position = namedtuple("Position", ["lon","lat"], defaults=[0.0,0.0])

In [3]: %timeit for _ in range(1000): Position(12.5, 345)
286 µs ± 13.7 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

Python Env - Python 3.7.3  
OS - MacOS Mojave

所有实现都具有相同的对象属性、相同的默认值。

1. 为什么会出现时间（data_classes）>时间（named_tuple）>时间（normal_class）的趋势？
2. 每个实现都采取了哪些措施来花费各自的时间？
3. 哪种实现在什么场景下表现最好？

这里，时间表示创建对象所花费的时间。

Answer 1

查看here，并转介 PEP-557。还有其他方法 - post_init。要验证，请使用@dataclass(init=False) - 在这种情况下，不应调用该方法。

更新

看起来我最初的解释有点天真。 tl;博士：

在 Python 中，一切都是字典。在数据类的情况下，该字典中有更多条目，因此将它们放在那里需要更多时间。

这种变化是如何发生的？ @Arne 的评论发现我在这里遗漏了一些东西。我做了示例代码：

from dataclasses import dataclass
import time

@dataclass
class Position:
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0


start_time = time.time()
for i in range(100000):
    p = Position(lon=1.0, lat=1.0)
elapsed = time.time() - start_time
print(f"dataclass {elapsed}")
print(dir(p))


class Position2:
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0

    def __init__(self, lon, lat):
        self.lon = lon
        self.lat = lat


start_time = time.time()
for i in range(100000):
    p = Position2(lon=1.0, lat=1.0)
elapsed = time.time() - start_time
print(f"just class {elapsed}")
print(dir(p))

start_time = time.time()
for i in range(100000):
    p = {"lon": 1.0, "lat": 1.0}
elapsed = time.time() - start_time
print(f"dict {elapsed}")

有结果：

/usr/bin/python3.8 ...../test.py
dataclass 0.16358232498168945
['__annotations__', '__class__', '__dataclass_fields__', '__dataclass_params__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'lat', 'lon']
just class 0.1495649814605713
['__annotations__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'lat', 'lon']
dict 0.028212785720825195

Process finished with exit code 0

Dict 示例供参考。

查看dataclass，这个函数：

(489) def _init_fn(fields, frozen, has_post_init, self_name, globals):

负责创建构造函数。正如 Arne 所发现的 - post_init 代码是可选的，并且不会生成。我有其他想法，关于字段有一些工作，但是：

In [5]: p = Position(lat = 1.1, lon=2.2)                                                                                                                                                                           

In [7]: p.lat.__class__                                                                                                                                                                                            
Out[7]: float

所以这里没有额外的包装/代码。从所有这些中，我看到的唯一额外的东西 - 就是更多的方法。