Python while 1 和 while True 速度比较

References

http://legacy.python.org/dev/peps/pep-0285/
http://stackoverflow.com/questions/3815359/while-1-vs-for-whiletrue-why-is-there-a-difference

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本文链接地址：Python天坑系列（一）：while 1比while True更快？

1. 前提

　　1.1 bool是int的子类

根据PEP285中Review部分第6条所述，bool类是从int类继承而来的，这样可以极大的简化实现（C代码中调用PyInt_Check()的地方仍将继续工作）。

　　1.2 Python2中True/False不是关键字，但Python3中是

我们可以导入keyword模块，来查看关键字：

>>> import keyword
>>> keyword.kwlist
['and', 'as', 'assert', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'exec', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'not', 'or', 'pass', 'print', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

而在Python3中，关键字中添加了True/False/None。

由于Python2中True/False不是关键字，因此我们可以对其进行任意的赋值：

>>> (1==1) == True
True
>>> True = "abc"
>>> (1==1) == True
False

2. True + True = 2

由于bool是继承自int的子类，因此为了保证向下兼容性，在进行算术运算中，True/False会被当作int值来执行。

>>> True + True
2
>>> True - True
0
>>> True * True
1
>>> (True + True) > 1
True
>>> True + 5
6
>>> False + 1
1
>>> 1 / False
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

3. While 1比While True快？

首先来看一个比较while 1和while True循环的脚本，两个函数中，除了1和True的区别之外，其他地方完全相同。

import timeit
def while_one():
    i = 0
    while 1:
        i += 1
        if i == 10000000:
            break

def while_true():
    i = 0
    while True:
        i += 1
        if i == 10000000:
            break

if __name__ == '__main__':
    wone = timeit.timeit(while_one,"from __main__ import while_one",number=3)
    wt = timeit.timeit(while_true,"from __main__ import while_true",number=3)
    print "while_one: %s\nwhile_true: %s" % (wone,wt)

执行结果：

while_one: 0.937821149826
while_true: 1.39164209366

可以看出wihle 1的执行时间约为while True的2/3

那么，这是为什么呢？

其实这就是前提中提到的关键字的问题。由于Python2中，True/False不是关键字，因此我们可以对其进行任意的赋值，这就导致程序在每次循环时都需要对True/False的值进行检查；而对于1，则被程序进行了优化，而后不会再进行检查。

我们可以通过dis模块来查看while_one和while_true的字节码，下面的程序是对刚才的程序进行了一定的简化后的版本

import dis
def while_one():
    while 1:
        pass

def while_true():
    while True:
        pass
if __name__ == "__main__":
    print "while_one\n"
    dis.dis(while_one)

    print "while_true\n"
    dis.dis(while_true)

执行的结果是：

while_one

  6           0 SETUP_LOOP               3 (to 6)

  7     >>    3 JUMP_ABSOLUTE            3
        >>    6 LOAD_CONST               0 (None)
              9 RETURN_VALUE
while_true

 10           0 SETUP_LOOP              10 (to 13)
        >>    3 LOAD_GLOBAL              0 (True)
              6 POP_JUMP_IF_FALSE       12

 11           9 JUMP_ABSOLUTE            3
        >>   12 POP_BLOCK
        >>   13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE

可以看出，正如上面所讲到的，在while True的时候，字节码中多出了几行语句，正是这几行语句进行了True值的检查。

而在Python3中，由于True/False已经是关键字了，不允许进行重新赋值，因此，其执行结果与while 1不再有区别（好吧，我这没有Python3的环境，就不去验证了，网上有人验证过了）。但是由于Python2的使用十分广泛，因此大家不得不注意这个可能会降低性能的地方。

4. if x == True: 还是 if x:

在PEP285中，还提到了这两种写法的比较。PEP285中认为，==具有传递性，a==b, b==c会被化简为a==c。也就是说，如果选择前一种写法的话，6和7在if语句中都应该被认为是真值，那么就会造成6==True==7，被化简为6==7的问题，因此后一种写法才是正确的。

现在，让我们偏个题，假设x就是True，那么程序的执行效率又如何呢？

import timeit

def if_x_equal_true():
    x = True
    if x == True:
        pass

def if_x():
    x = True
    if x:
        pass

if __name__ == "__main__":
    if1 = timeit.timeit(if_x_equal_true,"from __main__ import if_x_equal_true",number = 1000000)
    if2 = timeit.timeit(if_x,"from __main__ import if_x",number = 1000000)

    print "if_x_equal_true: %s\nif_x: %s" % (if1,if2)

执行结果：

if_x_equal_true: 0.127066850662
if_x: 0.0872008800507

让我们再来看看字节码（程序未作修改，dis的使用方式同上，因此不再给出程序）：

if_x_equal_true

  7           0 LOAD_GLOBAL              0 (True)
              3 STORE_FAST               0 (x)

  8           6 SETUP_LOOP              16 (to 25)
        >>    9 LOAD_FAST                0 (x)
             12 LOAD_GLOBAL              0 (True)
             15 COMPARE_OP               2 (==)
             18 POP_JUMP_IF_FALSE       24

  9          21 JUMP_ABSOLUTE            9
        >>   24 POP_BLOCK
        >>   25 LOAD_CONST               0 (None)
             28 RETURN_VALUE
if_x

 12           0 LOAD_GLOBAL              0 (True)
              3 STORE_FAST               0 (x)

 13           6 SETUP_LOOP              10 (to 19)
        >>    9 LOAD_FAST                0 (x)
             12 POP_JUMP_IF_FALSE       18

 14          15 JUMP_ABSOLUTE            9
        >>   18 POP_BLOCK
        >>   19 LOAD_CONST               0 (None)
             22 RETURN_VALUE

　　

可以清晰的看到第9行比第14行，多出了检查True值和进行比较的操作。

也就是说，不论从遵循PEP的规范，还是执行效率，或者程序的简洁性来说，我们都应该使用if x:，而不是if x == True:来进行比较。同理，那些if x is not None:之类的语句也应当被简化为if x:（如果要比较的是非值，而不必须是None的话）。