Wie tauscht Python Tupelelemente mithilfe von (a, b) = (b, a) effizient aus?

Wie funktioniert der Austausch von Mitgliedern in Tupeln (a, b) = (b, a) intern?

Beim Austausch der Werte von a und b unter Verwendung der Tupelzuweisung (a, b) = (b, a) folgt Python einem spezifischen internen Mechanismus, der die Notwendigkeit temporärer Variablen überflüssig macht.

Stapelauswertung und -zuweisung

Python wertet zuerst die rechte Seite der Zuweisung aus. Das Ergebnis wird auf dem Stapel gespeichert, bei dem es sich um eine LIFO-Datenstruktur (Last-In-First-Out) handelt. Anschließend werden die Werte mithilfe von Opcodes den Namen auf der linken Seite zugewiesen.

Für Tupelzuweisungen mit bis zu drei Elementen verwendet Python direkt den Stapel.

2-3 Element Zuweisungen

Für Zuweisungen mit zwei oder drei Namen verwendet Python die Opcodes ROT_TWO bzw. ROT_THREE. Diese Opcodes drehen die obersten Elemente auf dem Stapel und vertauschen so effektiv ihre Positionen. Durch diese Drehung wird sichergestellt, dass die Werte auf der linken Seite von links nach rechts zugewiesen werden.

Längere Zuweisungen

Bei Tupelzuweisungen mit mehr als drei Elementen erstellt Python ein explizites Tupel. Es baut das Tupel in umgekehrter Reihenfolge aus dem Stapel auf, entpackt es dann und schiebt seine Elemente wieder auf den Stapel. Dadurch können die STORE_FAST-Operationen die Werte den entsprechenden Variablen zuweisen.

Optimierung

Obwohl das Erstellen und Entpacken von Tupeln ineffizient erscheinen mag, verwendet Python einen Optimierungsschritt. Bei Aufgaben mit zwei oder drei Elementen ersetzt es die Kombination BUILD_TUPLE / UNPACK_SEQUENCE durch ROT_TWO bzw. ROT_THREE und verbessert so die Leistung.

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