为什么Python的系统调用比C++慢这么多？

Question

我有两个代码片段，它们的功能是一样的，都是用来完成同样的任务。一个是用Python写的，另一个是用C++写的。它们的作用就是调用一个可执行文件，生成一个ASCII文件。在C++中，我使用了system()命令来调用这个可执行文件。而在Python中，我尝试了很多方法，包括os.system、subprocess.call和subprocess.popen。

我意识到C++是编译型语言，而Python是解释型语言，因此Python的调用会有更多的开销。但C++的代码执行速度几乎比Python快100倍。C++的执行时间大约是0.004秒，而Python的执行时间大约是0.35秒。

即使是一个简单的pwd命令，在Python中执行的时间也比在C++中长了超过10倍。如果说开销是导致Python代码变慢的原因，那么在Python中有没有比我已经尝试过的更快的选项呢？

这是Python代码：

from os import system
from time import time

t0 = time();
system("pwd");
print "duration: ",time()-t0;

这是C++中的相同代码：

#include <iostream>
#include <sys/time.h>
double diff(timespec start, timespec end) { return (end.tv_nsec-start.tv_nsec)/1e9; }

int main()
{
    timespec t0, t1;
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, & t0);
    system("pwd");
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, & t1);
    
    std::cout << "duration: " << diff(t0,t1) << "\n";
    
    return 0;
}

我使用GCC来编译C++代码。你需要使用-lrt选项才能正确编译代码。

你可以自己运行这些代码。我的计时方法可能有误。但如果是正确的，那么Python脚本执行pwd命令的时间比C++可执行文件要长超过10倍。

Answer 1

我写了一个小脚本，运行的速度比你看到的要快很多。

td@timsworld2:~/tmp/so$ cat nothing.py
#!/usr/bin/env python
import subprocess
import sys

cmd = ['python', '-V'] if 'py' in sys.argv else ['pwd']
if 'shell' in sys.argv:
    subprocess.call(' '.join(cmd), shell=True)
else:
    subprocess.call(cmd)


td@timsworld2:~/tmp/so$ time ./nothing.py
/home/td/tmp/so

real    0m0.024s
user    0m0.012s
sys     0m0.008s
td@timsworld2:~/tmp/so$ time python nothing.py
/home/td/tmp/so

real    0m0.020s
user    0m0.012s
sys     0m0.004s
td@timsworld2:~/tmp/so$ time ./nothing.py py
Python 2.7.3

real    0m0.022s
user    0m0.016s
sys     0m0.000s
td@timsworld2:~/tmp/so$ time ./nothing.py sh
/home/td/tmp/so

real    0m0.020s
user    0m0.012s
sys     0m0.004s
td@timsworld2:~/tmp/so$ 

Answer 2

你可以直接在Python中使用 execvp 这个命令。

import os

binary = "ls"
options = [binary, "-l"]

newpid = os.fork()
if newpid == 0:
     # we are in the child process
     os.execvp(binary, options)
     os._exit(1)

os.wait()
print "executed", " ".join(options)

Answer 3

C语言中的'exec'调用是直接执行程序的。

而Python中的'system'调用则是先执行bash，然后再由bash去执行你想要的程序。