为什么Python和Ruby很慢，而Lisp的实现很快？

Question

我发现在Python和Ruby中，函数调用和循环之类的简单事情，甚至只是循环递增一个计数器所需的时间都比Chicken Scheme、Racket或SBCL中的要长。

为什么会这样？我经常听到人们说，慢是动态语言的代价，但是lisp是非常动态的，并不是非常慢（它们通常比C慢不到5倍；Ruby和Python可以达到两位数）。此外，Lisp风格使用递归，并不总是尾部递归，很多情况下，堆栈是堆中连续性的链表，等等，这似乎会使Lisp比命令式Python和Ruby慢。

Racket和SBCL是JITted的，但是Chicken Scheme要么是静态编译的，要么是使用非优化的解释器，这两种解释器都不适合动态语言，而且速度慢。然而，即使使用Chicken Scheme的天真的csi解释器（它甚至不进行字节码编译！），我的速度远远超过Python和Ruby。

与类似的动态lisp相比，Python和Ruby到底为什么慢得可笑？是不是因为它们是面向对象的，需要巨大的vtable和类型继承器？

例如：阶乘函数。Python：

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
    return n*factorial(n-1)

for x in xrange(10000000):
    i = factorial(10)

球拍：

#lang racket

(define (factorial n)
  (cond
   [(zero? n) 1]
   [else (* n (factorial (sub1 n)))]))

(define q 0)

(for ([i 10000000])
  (set! q (factorial 10)))

计时结果：

ithisa@miyasa /scratch> time racket factorial.rkt
racket factorial.rkt  1.00s user 0.03s system 99% cpu 1.032 total
ithisa@miyasa /scratch> time python factorial.py
python factorial.py  13.66s user 0.01s system 100% cpu 13.653 total

Answer 1

我不知道您的racket安装，但如果运行时没有标志，我只是apt-get install使用JIT编译的racket。使用--no-jit运行会使时间更接近Python时间（racket:3s，racket --no-jit:37s，python:74s）。此外，由于语言设计的原因，模块范围内的赋值比Python中的本地赋值慢（非常自由的模块系统），将代码移到一个函数中会使Python处于60秒。剩下的差距可能可以解释为一些巧合、不同优化焦点的组合（函数调用在Lisp中必须非常快，Python人不太在意）、实现质量（ref计数与正确的GC、stack VM与register VM）等等，而不是各自语言设计的基本结果。

Answer 2

编译后的Lisp系统通常比Ruby或Python快得多。

例如，请参见Ruby和SBCL的比较：

http://benchmarksgame.alioth.debian.org/u32/benchmark.php?test=all&lang=yarv&lang2=sbcl&data=u32

或者Python和SBCL：

http://benchmarksgame.alioth.debian.org/u32/benchmark.php?test=all&lang=python3&lang2=sbcl&data=u32

但请记住以下几点：

• SBCL使用本机代码编译器。它不使用字节码机器或类似JIT编译器的东西，从字节码到本机代码。SBCL在运行前将所有代码从源代码编译为本机代码。编译器是增量的，可以编译单个表达式。因此，EVAL函数和Read EVAL Print循环也使用它。
• SBCL使用一个优化编译器，它使用类型声明和类型推断。编译器生成本机代码。
• Common Lisp允许各种优化，这些优化使代码不太动态或不动态（内联、早期绑定、不进行类型检查、为声明类型专用的代码、尾部调用优化，…）。使用这些高级功能的代码可能看起来很复杂，特别是当需要告诉编译器这些事情的时候。
• 如果没有这些优化，编译的Lisp代码仍然比解释的代码快，但比优化的编译代码慢。
• Common Lisp提供了CLOS，即commonlisp对象系统。CLOS代码通常比非CLOS慢—在这种情况下，比较是有意义的。动态函数语言往往比动态面向对象语言快。
• 如果语言实现使用高度优化的运行时，例如bignum算术操作，那么慢的语言实现可能比优化编译器快。有些语言有许多复杂的原语是用C语言实现的，这些原语往往很快，而其他的语言则很慢。

另外，一些操作可能看起来相似，但可能不同。迭代整数变量的for循环真的和迭代范围的for循环一样吗？

Answer 3

Ruby/Python/etc中的方法调度非常昂贵，Ruby/Python/etc程序主要通过调用方法进行计算。甚至Ruby中的for循环对于对each的方法调用来说也是语法糖。