a，b = b，在C ++中的python vs std :: swap（）中

Posted 2021-05-07

我知道a,b = b,a基本上是将元组(a,b)赋予另一个元组(b,a)的值。这基本上是将值从a换成b，从b换到a。因此，导致“交换”。

这是C ++中swap()函数的功能。

从研究中，我看到C ++的swap()函数使用第三个临时变量来执行交换。我无法找到如何在python中实现a,b = b,a。

a,b = b,a是如何实施的？

python是否也使用第三个临时变量？如果没有，它是如何工作的？

两种操作如何在速度方面进行比较？我猜测如果python也使用第三个变量，执行时间的差异将归因于python的解释。

编辑：所有答案都很棒，但社区似乎认为Sapan是最好的。还要感谢a_guest，虽然没有发表回答，但他们在评论中给了我们很多信息。另外：每个人似乎都同意swap()因为它的C ++而更快。我不一定同意这一点。如果以冻结二进制文件运行，Python可以非常快。

答案

对于元组赋值，Python直接使用堆栈结构：

>>> import dis
>>> def abc(a, b):
...     a, b = b, a
... 
>>> dis.dis(abc)
  2           0 LOAD_FAST                1 (b)
              3 LOAD_FAST                0 (a)
              6 ROT_TWO             
              7 STORE_FAST               0 (a)
             10 STORE_FAST               1 (b)
             13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE  

在python中，左侧目标列表中的分配是从左到右完成的。

另一答案

a，b = b是如何实现的？

首先，b, a创建了一个元组。您可以使用例如验证

>>> tmp = 1, 2
>>> tmp
(1, 2)

然后，赋值使用序列解包，覆盖名称a，b。因此代码基本上是

>>> tmp = (a, b)
>>> b, a = tmp

两种操作如何在速度方面进行比较？

这取决于你的python实现。如果您使用CPython（标准版本），那么C ++可能会因为编译和优化而快得多。

CPython implementation details

在CPython中，交换有时会被优化。对于小交换（<4个元素），它使用优化的交换

>>> def swap(a, b):
>>>     a, b = b, a
>>> dis.dis(swap)
  3           0 LOAD_FAST                1 (b)
              3 LOAD_FAST                0 (a)
              6 ROT_TWO
              7 STORE_FAST               0 (a)
             10 STORE_FAST               1 (b)
             13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE
>>> def swap(a, b, c):
>>>     a, b, c = c, b, a
>>> dis.dis(swap)
  3           0 LOAD_FAST                2 (c)
              3 LOAD_FAST                1 (b)
              6 LOAD_FAST                0 (a)
              9 ROT_THREE
             10 ROT_TWO
             11 STORE_FAST               0 (a)
             14 STORE_FAST               1 (b)
             17 STORE_FAST               2 (c)
             20 LOAD_CONST               0 (None)
             23 RETURN_VALUE

对于4个或更多元素的交换，它完全符合我上面所写的，没有优化。

>>> def swap(a, b, c, d):
>>>     a, b, c, d = d, c, b, a
>>> dis.dis(swap)
  3           0 LOAD_FAST                3 (d)
              3 LOAD_FAST                2 (c)
              6 LOAD_FAST                1 (b)
              9 LOAD_FAST                0 (a)
             12 BUILD_TUPLE              4
             15 UNPACK_SEQUENCE          4
             18 STORE_FAST               0 (a)
             21 STORE_FAST               1 (b)
             24 STORE_FAST               2 (c)
             27 STORE_FAST               3 (d)
             30 LOAD_CONST               0 (None)
             33 RETURN_VALUE

另一答案

添加到Sapan的答案：

在C ++中，它可能在概念上使用第三个变量进行交换。但是你可以在这里看到编译器可以生成与python中显示的相同的程序集：

void foo(int& a, int& b)
{
    std::swap(a, b);
}

变成

foo(int&, int&):
    mov     eax, DWORD PTR [rdi]
    mov     edx, DWORD PTR [rsi]
    mov     DWORD PTR [rdi], edx
    mov     DWORD PTR [rsi], eax
    ret

https://godbolt.org/g/dRrzg6

另一答案

不完全回答有关python的实现，但关于std::swap的重要背景。

C ++ std::swap不会简单地使用第三个变量交换两个变量。它将使用内部状态的知识来加速它。

std::array和std::vector的一些例子：https://gcc.godbolt.org/z/MERLGZ

在这两种情况下，它都不会使用第三个变量来复制整个对象，但会直接交换两种类型的内部表示。

在array的情况下，如果数组具有正确的对齐，我们就具有分支。如果是，那么将使用两个xmm寄存器交换整个对象，如果不是，它将分别交换每个元素。

在vector的情况下，我们交换两个对象之间的内部指针。

std::swap的另一个重要的事情是std::move，这是C ++ 11的补充，允许轻松交换通常无法复制的两个变量，如std::unique_ptr。

现在std::swap的通用版本看起来像：

template<typename Tp>
inline void swap(Tp& a, Tp& b)
{
    Tp tmp = std::move(a);
    a = std::move(b);
    b = std::move(tmp);
}

如果你的类型需要内存分配用于复制并支持移动，那么就不会在那里进行内存分配。

可能大多数C ++所做的事情都不适用于python如何处理它的对象。