Python 程序运行时间

1. 简介

Python 是一种简单易学的编程语言，被广泛应用于数据分析、Web 开发、人工智能等领域。在编写 Python 程序时，我们不仅关心代码的功能和效率，还需要了解程序的运行时间，以便优化代码和提高程序的性能。

本文将详细介绍如何在 Python 中测量和优化程序的运行时间，包括使用 time 模块计时、使用装饰器函数计时、使用 timeit 模块计时以及一些优化技巧。

2. 使用 time 模块计时

time 模块是 Python 的内置模块，提供了测量时间的方法。我们可以利用 time 模块中的 time() 函数来测量程序的运行时间。下面是一个简单的示例代码：

import time

start_time = time.time()

# 执行一些耗时的操作
for _ in range(1000000):
    pass

end_time = time.time()

execution_time = end_time - start_time
print("程序执行时间：{:.2f} 秒".format(execution_time))

运行以上代码，输出结果如下：

程序执行时间：0.05 秒

在这个示例代码中，我们使用 time() 函数获取程序开始执行时的时间戳，并将其保存在 start_time 变量中。然后，执行一些耗时的操作，这里是一个空的循环，循环次数为 1000000。最后，使用 time() 函数获取程序执行完毕时的时间戳，并将其保存在 end_time 变量中。通过计算差值，我们得到程序的执行时间，并将其输出。

3. 使用装饰器函数计时

除了使用 time 模块计时外，我们还可以使用装饰器函数来封装计时的逻辑。装饰器函数是一种特殊的函数，可以在不修改被装饰函数源代码的情况下，为其添加额外的功能。

下面是一个使用装饰器函数计时的示例代码：

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        execution_time = end_time - start_time
        print("函数 {} 执行时间：{:.2f} 秒".format(func.__name__, execution_time))
        return result
    return wrapper

@timer
def my_function():
    # 执行一些耗时的操作
    for _ in range(1000000):
        pass

my_function()

运行以上代码，输出结果如下：

函数 my_function 执行时间：0.06 秒

在这个示例代码中，我们定义了一个名为 timer 的装饰器函数。这个装饰器函数接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。新的函数名为 wrapper，它在被装饰函数执行前后分别获取时间戳，并计算执行时间。最后，装饰器函数将执行时间输出，并返回被装饰函数的结果。

我们使用 @timer 语法将 my_function 函数应用了 timer 装饰器，这样在调用 my_function 函数时，会自动计时并输出执行时间。

4. 使用 timeit 模块计时

timeit 模块是 Python 的内置模块，专门用于测量小段代码的执行时间。相比于 time 模块，timeit 模块提供了更准确和可重复的计时方法。我们可以使用 timeit 模块的 timeit() 函数来测量代码的执行时间。下面是一个示例代码：

import timeit

# 定义待测量的函数
def my_function():
    # 执行一些耗时的操作
    for _ in range(1000000):
        pass

# 测量函数的执行时间
execution_time = timeit.timeit(my_function, number=1)
print("函数执行时间：{:.2f} 秒".format(execution_time))

运行以上代码，输出结果如下：

函数执行时间：0.06 秒

在这个示例代码中，我们首先定义了一个待测量的函数 my_function，它与之前的示例代码中的 my_function 函数相同。然后，我们使用 timeit() 函数测量 my_function 函数的执行时间，并将结果保存在 execution_time 变量中。最后，输出函数的执行时间。

需要注意的是，timeit() 函数的 number 参数表示重复执行待测量函数的次数。在这个示例代码中，我们将 number 设置为 1，也就是只执行一次，以确保测量的时间能够较准确地反映函数的执行时间。