为何包含大量重复简单元素的Python列表复制速度更慢？

云上老周

2026-7-28

环境信息

$ python
Python 3.8.10 (default, Nov 14 2022, 12:59:47) 
[GCC 9.4.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> quit()
$ lscpu | grep "Model name"
Model name:                      Intel(R) Core(TM) i5-4430 CPU @ 3.00GHz
$ sudo dmidecode --type memory | grep -E "^\s+(Speed|Type):" -
    Type: DDR3
    Speed: 1600 MT/s
    Type: DDR3
    Speed: 1600 MT/s

整数列表复制计时（展开运算符[*x]）

在我的机器上，持续得到如下计时结果：

$ python -m timeit -s "x = list(range(250)) * 4" "[*x]"
200000 loops, best of 5: 1.54 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [0, 1, 2, 3] * 250" "[*x]"
200000 loops, best of 5: 1.48 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [0, 1] * 500" "[*x]"
100000 loops, best of 5: 2 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [0] * 1000" "[*x]"
100000 loops, best of 5: 3.84 usec per loop

（这里我刻意避免使用大于255的整数，因为了解small integers的缓存机制。）

单字符字符串列表复制计时（展开运算符[*x]）

对于单字符字符串，结果类似：

$ python -m timeit -s "x = [chr(i) for i in range(250)] * 4" "[*x]"
200000 loops, best of 5: 1.81 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0), chr(1), chr(2), chr(3)] * 250" "[*x]"
200000 loops, best of 5: 1.5 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0), chr(1)] * 500" "[*x]"
100000 loops, best of 5: 2.03 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0)] * 1000" "[*x]"
100000 loops, best of 5: 3.83 usec per loop

（同样，我刻意限制字符编码点，让Python的flexible string representation选择一致的单字节字符表示。）

现象总结

所有输入列表长度均为1000，且使用相同方法复制，理论上不应出现显著的计时差异。但我发现，由同一简单元素（单字符字符串或小整数）重复组成的列表，复制时间几乎是其他情况的两倍；使用少量不同元素的列表复制速度比两种交替元素的列表更快；而使用多种不同元素的列表复制速度又稍慢一些。

列表推导式复制计时

使用较慢的复制方法时，差异依然存在，但不那么显著：

$ python -m timeit -s "x = [chr(i) for i in range(250)] * 4" "[i for i in x]"
20000 loops, best of 5: 18.2 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0), chr(1), chr(2), chr(3)] * 250" "[i for i in x]"
20000 loops, best of 5: 17.3 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0), chr(1)] * 500" "[i for i in x]"
20000 loops, best of 5: 17.9 usec per loop
$ python -m timeit -s "x = [chr(0)] * 1000" "[i for i in x]"
20000 loops, best of 5: 19.1 usec per loop

问题

出现这种现象的原因是什么？

内容的提问来源于Stack Exchange，提问作者Karl Knechtel