为何打印整数列表的最快方式如此违背直觉？

我有一个整数列表ints，希望以最快速度将每个整数逐行打印。

初始实现为：

list(map(print,ints))

在处理10⁷个整数（从标准输入读取）时，30次重复测试的平均耗时为1708ms。

之前看到一篇认可度较高的Stack Overflow回答提到，用list()展开map结果会因创建大量无意义的None列表而低效，这符合直觉。于是我尝试了多种实现方式：

# n次print调用
list(map(print,ints))                         # map
for n in ints: print(n)                       # loop
for i in range(0,len(ints)): print(ints[i])   # range
[print(n) for n in ints]                      # compr
deque(map(print,ints),0)                      # deque

# 单次print调用
print('\n'.join(map(str,ints)))               # cat
print(*ints, sep='\n')                        # sep

结合ints = list(map(int,sys.stdin.readlines()))测试，各方法耗时如下：

map    1707 ms
loop   1926 ms
range  2027 ms
compr  1828 ms
deque  1699 ms
--------------
cat    1084 ms
sep    1462 ms

这些结果并非偶然，但实际情况完全违背直觉：创建千万级None列表的map变体，反而比其他n次print调用的变体快得多，Python是否优化了该列表的创建？而最令人惊讶的是，创建超大字符串的cat变体速度最快——本以为内存分配会严重影响性能，即便默认flush=False。

核心问题 #

为何map变体比其他n次print调用的变体快得多？
为何cat变体的速度还要更快？

示例代码（map.py） #

#!/usr/bin/python3

import sys

if __name__ == '__main__':
  ints = list(map(int,sys.stdin.readlines()))
  list(map(print,ints))

运行方式 #

/usr/bin/time -f '%e' -o map.run-time -a ./map.py < input.log | wc -l > /dev/null

问题解答 #

1. 为什么map变体比其他n次print调用更快？ #

• 底层实现差异：map是Python内置的C语言实现迭代器，它调用print的过程在C层面完成，相比Python层面的for循环（包括普通loop、列表推导），减少了大量Python字节码的执行开销——普通for循环每次迭代都要处理变量绑定、循环指令等Python级逻辑，额外开销远高于C级迭代。
• 列表创建的高效性：虽然list(map(...))会生成全为None的大列表，但这个列表的创建是在C层面批量完成的，内存分配和元素填充的效率远高于Python层面逐个添加元素的操作（比如列表推导[print(n) for n in ints]）。而deque(map(...), 0)只是消费迭代器不保存结果，耗时和map接近，进一步说明map本身的迭代效率是关键。
• 额外操作的开销：range版本需要额外做索引查找ints[i]，比直接遍历元素的loop多了一层开销，所以速度最慢；列表推导本质还是Python级循环，只是语法更紧凑，开销略低于普通loop，但仍高于map。

2. 为什么cat变体的速度最快？ #

• IO次数的大幅减少：系统IO是性能瓶颈的核心。n次print调用即使开启缓冲，最终也会触发多次IO刷写（缓冲有大小限制）；而cat变体只触发单次系统IO操作，把所有内容一次性写入，IO的耗时占比远高于内存操作，减少IO次数能直接大幅提升性能。
• 字符串拼接的高效性：'\n'.join(map(str,ints))的字符串拼接是Python优化过的操作——join会预先计算所有字符串的总长度，一次性分配内存完成拼接，避免了多次字符串拷贝的开销。相比多次调用str()和print()的累计成本，单次大内存分配的代价可以忽略。
• sep版本的额外开销：print(*ints, sep='\n')虽然也是单次print，但它需要在Python层面逐个将整数转换为字符串，并处理分隔符拼接，这个过程的效率远低于join的C级字符串拼接，所以耗时比cat高。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bitmask