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2020 年 1 月 1 日，Python 官方結(jié)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(jīng)發(fā)布了眾多修改分支，現(xiàn)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 運行速度并不快但容易上手，因此使用人數(shù)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(fā)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(jīng)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(fā)團隊的成員對 Python 4.0 沒什么想法，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(yù)計會比 3.10 快得多。」

正如 Van Rossum 所說，根據(jù)官方資料顯示最新發(fā)布的 Python 3.11 比 Python 3.10 快 10-60%，對用戶更友好。這一版本歷經(jīng) 17 個月的開發(fā)，現(xiàn)在公開可用。

Python 3.11 的具體改進主要表現(xiàn)在：更詳實的 Error Tracebacks、更快的代碼執(zhí)行、更好的異步任務(wù)語法、改進類型變量、支持 TOML 配置解析以及一些其他非?？岬墓δ埽ò焖賳印ero-Cost 異常處理、異常組等）。

Python 指導(dǎo)委員會成員和核心開發(fā)者、Python3.10/3.11 發(fā)布管理者 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

Error Tracebacks

Python 這門編程語言對初學(xué)者非常友好，它具有易于理解的語法和強大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但對于剛剛接觸 Python 的人來說卻存在一個難題，即如何解釋當(dāng) Python 遇到錯誤時顯示的 traceback。

Python 3.11 將 Decorative annotation 添加到 tracebacks 中，以幫助用戶更快地解釋錯誤消息。想要獲得這種功能，可以將以下代碼添加到 inverse.py 文件中。

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

注意嵌入在 traceback 中的 ^ 和~ 符號，它們指向?qū)е洛e誤的代碼。與此前的 tracebacks 一樣，你應(yīng)該從底層開始，然后逐步向上。這種操作對發(fā)現(xiàn)錯誤非常有用，但如果代碼過于復(fù)雜，帶注釋的 tracebacks 會更好。

更快的代碼執(zhí)行

Python 以速度慢著稱，例如在 Python 中，常規(guī)循環(huán)比 C 中的類似循環(huán)慢幾個數(shù)量級。

Python 官方正在著手改進這一缺陷。2020 年秋，Mark Shannon 提出了關(guān)于 Python 的幾個性能改進。這個提議被稱為香農(nóng)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。不久之后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(nèi)的開發(fā)人員，致力于「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(chǔ)上，Python 3.11 有了許多改進。

PEP 659 描述了一種「specializing adaptive interpreter」。主要思想是通過優(yōu)化經(jīng)常執(zhí)行的操作來加快代碼運行速度，這類似于 JIT（just-in-time）編譯。只是它不影響編譯，相反，Python 的字節(jié)碼是動態(tài)調(diào)整或可更改的。

研究人員在字節(jié)碼生成中添加了一個名為「quickening」的新步驟，從而可以在運行時優(yōu)化指令，并將它們替換為 adaptive 指令。

一旦函數(shù)被調(diào)用了一定次數(shù)，quickening 指令就會啟動。在 CPython 3.11 中，八次調(diào)用之后就會啟動 quickening。你可以通過調(diào)用 dis() 并設(shè)置 adaptive 參數(shù)來觀察解釋器如何適應(yīng)字節(jié)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(jīng)有幾個優(yōu)化計劃在 2023 年 10 月與 Python 3.12 一起發(fā)布。你可以在 GitHub 上關(guān)注該項目。Python 3.12 目標：還可以更快！

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

更好的異步任務(wù)語法

Python 中對異步編程的支持已經(jīng)發(fā)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(guān)鍵字是在 Python 3.5 中添加的。在 Python 3.11 中，你可以使用任務(wù)組（task groups），它為運行和監(jiān)視異步任務(wù)提供了更簡潔的語法。

改進的類型變量

Python 是一種動態(tài)類型語言，但它通過可選的類型提示支持靜態(tài)類型。Python 靜態(tài)類型系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(guān)的新提案。

Python 3.11 發(fā)布了 5 個與類型相關(guān)的 PEP，創(chuàng)下新高：

PEP 646: 可變泛型
PEP 655: 根據(jù)需要或可能丟失的情況標記單個 TypedDict 項
PEP 673: Self 類型
PEP 675: 任意文字字符串類型
PEP 681: 數(shù)據(jù)類轉(zhuǎn)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文件格式。在為包和項目指定元數(shù)據(jù)時，Python 社區(qū)已將 TOML 作為首選格式。

雖然 TOML 已被使用多年，但 Python 并沒有內(nèi)置的 TOML 支持。當(dāng) tomllib 添加到標準庫時，Python 3.11 中的情況發(fā)生了變化。這個新模塊建立在 toml 第三方庫之上，允許解析 TOML 文件。

以下是名為 units.toml 的 TOML 文件示例：

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符串格式的小幅改進。

更快的程序啟動速度

Faster CPython 項目的一大成果是實現(xiàn)了更快的啟動時間。當(dāng)你運行 Python 腳本時，解釋器初始化需要一些操作。這就導(dǎo)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，與運行代碼所需時間相比，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，如典型的命令行應(yīng)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(jīng)典 cowsay 程序的啟發(fā)。

在 snakesay.py 中，你從命令行讀取一條消息，然后將這條消息打印在帶有一條可愛蛇的對話氣泡中。你可以讓蛇說任何話。這是命令行應(yīng)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(fā)生在 Python 導(dǎo)入模塊時。

你可以使用 - X importtime 選項來顯示導(dǎo)入模塊所用的時間。表中的數(shù)字為微秒為單位，最后一列是模塊名稱的格式。

該示例分別運行在 Python 3.11 和 3.10 上，結(jié)果如下圖所示，Python 3.11 的導(dǎo)入速度更快，有助于 Python 程序更快地啟動。

零成本異常

異常的內(nèi)部表示在 Python 3.11 中有所不同。異常對象更輕量級，并且異常處理發(fā)生了變化。因此只要不觸發(fā) 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(fā)。當(dāng)你的源代碼被編譯為字節(jié)碼時，編譯器創(chuàng)建跳轉(zhuǎn)表，由此來實現(xiàn)零成本異常。如果引發(fā)異常，查詢這些跳轉(zhuǎn)表。如果沒有異常，則 try 塊中的代碼沒有運行時開銷。

異常組

此前，你了解到了任務(wù)組以及它們?nèi)绾瓮瑫r處理多個錯誤。這都要歸功于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(guī)異常的常規(guī)異常。雖然異常組在很多方面表現(xiàn)得像常規(guī)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并列出包裝的異常來創(chuàng)建一個異常組。