Python 3.11正式版來了,比3.10快10-60%,官方:這或許是最好的版本

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終於,Python 3.11 正式版發佈了!

2020 年 1 月 1 日,Python 官方結束了對 Python 2 的維護,這意味著 Python 2 已完全退休,進入了 Python 3 時代。打從進入 3 版本以來,Python 官方已經發布了眾多修改分支,現在來到了最新的版本 Python 3.11。

其實研究界有個不公開的秘密,那就是 Python 運行速度並不快但容易上手,因此使用人數超級多,在眾多最受歡迎語言榜單中 Python 多次位列第一。很多開發者都期待這門語言的性能有所提升,還有人暢想 Python 4 會不會在某個不經意的時刻到來,有這種想法的人可以放一放了,Python 之父 Van Rossum 都說了,Python 4.0 可能不會來了。

Van Rossum 曾表示:「我和 Python 核心開發團隊的成員對 Python 4.0 沒什麼想法,提不起興趣,估計至少會一直編號到 3.33。Python 的加速是漸進式的,3.11 版本會有新的速度提升,預計會比 3.10 快得多。」

正如 Van Rossum 所說,根據官方資料顯示最新發布的 Python 3.11 比 Python 3.10 快 10-60%,對使用者更友好。這一版本歷經 17 個月的開發,現在公開可用。

Python 3.11 的具體改進主要表現在:更詳實的 Error Tracebacks、更快的程式碼執行、更好的非同步任務語法、改進類型變數、支持 TOML 配置解析以及一些其他非常酷的功能(包括快速啟動、Zero-Cost 異常處理、異常組等)。

Python 指導委員會成員和核心開發者、Python3.10/3.11 發佈管理者 Pablo Galindo Salgado 表示,為了使 3.11 成為最好的 Python 版本,我們付出了很多努力。

Python 3.11 新特性

Python 3.11 新特性

Error Tracebacks

Python 這門程式語言對初學者非常友好,它具有易於理解的語法和強大的資料結構。但對於剛剛接觸 Python 的人來說卻存在一個難題,即如何解釋當 Python 遇到錯誤時顯示的 traceback。

Python 3.11 將 Decorative annotation 添加到 tracebacks 中,以幫助使用者更快地解釋錯誤訊息。想要獲得這種功能,可以將以下程式碼添加到 inverse.py 檔案中。

舉例來說,你可以使用 inverse() 來計算一個數的倒數。因為 0 沒有倒數,所以在運行下列程式碼時會拋出一個錯誤。

注意嵌入在 traceback 中的 ^ 和~ 符號,它們指向導致錯誤的程式碼。與此前的 tracebacks 一樣,你應該從底層開始,然後逐步向上。這種操作對發現錯誤非常有用,但如果程式碼過於複雜,帶註釋的 tracebacks 會更好。

更快的程式碼執行

Python 以速度慢著稱,例如在 Python 中,常規循環比 C 中的類似循環慢幾個數量級。

Python 官方正在著手改進這一缺陷。2020 年秋,Mark Shannon 提出了關於 Python 的幾個性能改進。這個提議被稱為夏農計劃 (Shannon Plan),他們希望通過幾個版本的更新將 Python 的速度提高 5 倍。不久之後微軟正式加入該計劃,該公司正在支持包括 Mark Shannon、Guido van Rossum 在內的開發人員,致力於「Faster CPython」項目的研究。

「Faster CPython」項目中的一個重要提案是 PEP 659,在此基礎上,Python 3.11 有了許多改進。

PEP 659 描述了一種「specializing adaptive interpreter」。主要思想是通過最佳化經常執行的操作來加快程式碼運行速度, 這類似於 JIT(just-in-time)編譯。只是它不影響編譯,相反,Python 的位元組碼是動態調整或可更改的。

研究人員在位元組碼生成中添加了一個名為「quickening」的新步驟,從而可以在運行時最佳化指令,並將它們替換為 adaptive 指令。

一旦函數被調用了一定次數,quickening 指令就會啟動。在 CPython 3.11 中,八次調用之後就會啟動 quickening。你可以通過調用 dis() 並設置 adaptive 參數來觀察直譯器如何適應位元組碼。

在基準測試中,CPython 3.11 比 CPython 3.10 平均快 25%。Faster CPython 項目是一個正在進行的項目,已經有幾個最佳化計劃在 2023 年 10 月與 Python 3.12 一起發佈。你可以在 GitHub 上關注該項目。

項目地址:https://github.com/faster-cpython/ideas

更好的非同步任務語法

Python 中對非同步程式設計的支持已經發展了很長時間。Python 2 時代添加了生成器,asyncio 庫最初是在 Python 3.4 中添加的,而 async 和 await 關鍵字是在 Python 3.5 中添加的。在 Python 3.11 中,你可以使用任務組(task groups),它為運行和監視非同步任務提供了更簡潔的語法。

改進的類型變數

Python 是一種動態類型語言,但它通過可選的類型提示支持靜態類型。Python 靜態類型系統的基礎在 2015 年的 PEP 484 中定義。自 Python 3.5 以來,每個 Python 版本都引入了幾個與類型相關的新提案。

Python 3.11 發佈了 5 個與類型相關的 PEP,創下新高:

  • PEP 646: 可變泛型
  • PEP 655: 根據需要或可能丟失的情況標記單個 TypedDict 項
  • PEP 673: Self 類型
  • PEP 675: 任意文字字串類型
  • PEP 681: 資料類轉換

支持 TOML 配置解析

TOML 是 Tom’s Obvious Minimal Language 的縮寫。這是一種在過去十年中流行起來的配置檔案格式。在為包和項目指定元資料時,Python 社區已將 TOML 作為首選格式。

雖然 TOML 已被使用多年,但 Python 並沒有內建的 TOML 支持。當 tomllib 添加到標準庫時,Python 3.11 中的情況發生了變化。這個新模組建立在 toml 第三方庫之上,允許解析 TOML 檔案。

以下是名為 units.toml 的 TOML 檔案示例:

其他功能

其他功能

除了以上主要更新和改進之外,Python 3.11 還有更多值得探索的功能,比如更快的程序啟動速度、對異常的更多改變以及對字串格式的小幅改進。

更快的程序啟動速度

Faster CPython 項目的一大成果是實現了更快的啟動時間。當你運行 Python 腳本時,直譯器初始化需要一些操作。這就導致即便是最簡單的程序也需要幾毫秒才能運行。

在很多情況下,與運行程式碼所需時間相比,啟動程序需要的時間可以忽略不計。但是在運行時間較短的腳本中,如典型的命令列應用程序,啟動時間可能會顯著影響程序性能。比如考慮如下腳本,它受到了經典 cowsay 程序的啟發。

在 snakesay.py 中,你從命令列讀取一條訊息,然後將這條訊息列印在帶有一條可愛蛇的對話氣泡中。你可以讓蛇說任何話。這是命令列應用程序的基本示例,它運行得很快,但仍需要幾毫秒。這一開銷的很大部分發生在 Python 匯入模組時。

你可以使用 – X importtime 選項來顯示匯入模組所用的時間。表中的數字為微秒為單位,最後一列是模組名稱的格式。

該示例分別運行在 Python 3.11 和 3.10 上,結果如下圖所示,Python 3.11 的匯入速度更快,有助於 Python 程序更快地啟動。

零成本異常

零成本異常

異常的內部表示在 Python 3.11 中有所不同。異常對象更輕量級,並且異常處理發生了變化。因此只要不觸發 except 字句,try … except 塊中的開銷就越小。

所謂的零成本異常受到了 C++ 和 Java 等其他語言的啟發。當你的源程式碼被編譯為位元組碼時,編譯器創建跳轉表,由此來實現零成本異常。如果引發異常,查詢這些跳轉表。如果沒有異常,則 try 塊中的程式碼沒有運行時開銷。

異常組

此前,你了解到了任務組以及它們如何同時處理多個錯誤。這都要歸功於一個被稱為異常組的新功能。

我們可以這樣考慮異常組,它們是包裝了其他幾種常規異常的常規異常。雖然異常組在很多方面表現得像常規異常,但它們也支持特殊語法,幫助你有效地處理每個包裝異常。如下所示,你可以通過給出一個描述並列出包裝的異常來創建一個異常組。

異常 Notes

異常 Notes

常規異常具有添加任意 notes 的擴展能力。你可以使用. add_note() 向任何異常添加一個 note,並通過檢查.__notes__屬性來查看現有 notes。

負零格式化

負零格式化

使用浮點數進行計算時可能會遇到一個奇怪概念——負零。你可以觀察到負零和 regular zero 在 REPL 中呈現不同,如下所示。

更多關於 Python 3.11 的更新細節請參閱原文件。

原文連結:https://realpython.com/python311-new-features/

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