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CPython串列實作細節

2021-10-28 11:52:15 後端開發

我知道這里回答了一個類似的問題:Python 的串列是如何實作的?但我想問更多關于具體情況。我想更多地了解 CPython 如何實作串列大小調整。我對 C 不太熟悉,所以我很難閱讀源代碼。

我想我明白的是,有串列的大小Py_ssize_t ob_size和分配給串列的數量Py_ssize_t allocated,當ob_size達到時allocated,需要分配更多的記憶體。我假設如果系統允許,記憶體將被分配到位,否則串列將被復制到記憶體中的另一個位置。特別是,我問的是選擇改變多少allocatedlistobject.c,新分配的記憶體如下:

new_allocated = (size_t)newsize   (newsize >> 3)   (newsize < 9 ? 3 : 6);

本質上,我們使分配的物件大小比所需的物件大小多 1/8(忽略常量)。我想知道為什么選擇這個 1/8?在我的介紹性編碼課程中,我記得學習了 ArrayLists,當它滿時,它的大小會增加一倍。也許也可以選擇增加 1/2 或 1/4。增加越小,一長串追加的攤銷時間越差(仍然是常數,但有一個更大的因素),所以 1/8 似乎是一個糟糕的選擇。我的猜測是每次分配少量將增加能夠重新分配到位的機會。這是正確的推理嗎?這個 CPython 實作在實踐中運行良好嗎?

注意:在洗掉元素后減少串列的分配記憶體時,當串列已下降到原始大小的一半時會發生這種情況,從這部分代碼可以看出:

/* 當先前的過度分配大到足以容納新大小時,繞過 realloc()。如果 newsize 低于分配大小的一半,則繼續執行 realloc() 以縮小串列。*/

if (allocated >= newsize && newsize >= (allocated >> 1)) {

uj5u.com熱心網友回復:

那么,基于對21歲的人犯該實施這種行為原因是“因為它提高添彼得斯的Win98的箱子記憶體行為”。從下面的提交中復制蒂姆的評論。

在我的 Win98SE 機器上準確計時是不可能的,但是對于合理的 list.append() 情況,即使在這個機器上這顯然更快。我認為這不是調整大小策略,而是在計算四舍五入大小時擺脫整數乘法和除法(有利于移位)。

對于不合理的 list.append() 情況,Win98SE 現在顯示線性行為,將一次添加到大約 3500 萬個元素的串列中。然后它因 記憶體錯誤而死,由于致命的碎片化地址空間(有很多可用的 VM,但此時 Win9X 已將用戶空間分成許多不同的堆,其中沒有一個有足夠的連續空間來調整串列的大小,無論出于何種原因Win9x 不會合并死堆)。在補丁之前,出于同樣的原因,它出現了 MemoryError,但是一旦串列達到大約 200 萬個元素。

還沒有在 Win2K 上嘗試過,但寄予厚望,極端 list.append() 現在會表現得更好(NT 和 Win2K 沒有對地址空間進行碎片化,但在串列變大之前遭受了明顯的二次時間行為)。

對于其他系統,我依賴于常識:用 << 和 >> 替換整數 * 和 / 似乎不會受到傷害,函式呼叫的數量沒有改變,并且相當小的串列的總操作計數大約是相同(雖然現在操作更便宜)。

...

這與串列大小成比例地過度分配,為額外增長留出空間。過度分配是輕微的,但足以在存在性能不佳的系統 realloc() 的情況下在很長的 appends() 序列上提供線性時間攤銷行為(這是一個現實,例如,在所有版本的 Windows ,Win9x 的行為特別糟糕——即使使用這種方案,我們在 Win9x 上仍然存在地址空間碎片問題,盡管它需要比以前長得多的串列來激發它們)。

Raymond Hettinger 在此提交中進一步調整了這些值

Py2.3 方法將小串列過度分配了多達 8 個元素。最后一次簽入將其限制為一個,但減慢了(20% 到 30%)3 到 8 個元素之間的小串列的創建。

這種調整平衡了兩者,將過度分配限制為 3 個元素(顯著減少了 Py2.3 的空間消耗)并且運行速度比之前的簽入更快。

增長模式的第一部分 (0, 4, 8, 16) 與僅在跨越 2 次冪邊界時觸發資料移動的分配器緊密結合。此外,偶數與常見的資料對齊方式很好地融合。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/339440.html

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