பைதான் கம்பைலர் தேர்வுமுறை: பைட் குறியீடு பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை நுட்பங்கள்

பைதான், அதன் வாசிப்புத்தன்மை மற்றும் பயன்பாட்டின் எளிமைக்காக அறியப்படுகிறது, பெரும்பாலும் சி அல்லது சி++ போன்ற குறைந்த-நிலை மொழிகளுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் செயல்திறனுக்காக விமர்சனங்களை எதிர்கொள்கிறது. இந்த வேறுபாட்டிற்கு பல்வேறு காரணிகள் பங்களிக்கும் அதே வேளையில், பைதான் மொழிபெயர்ப்பாளர் ஒரு முக்கிய பங்கு வகிக்கிறார். பைதான் கம்பைலர் குறியீட்டை எவ்வாறு மேம்படுத்துகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வது பயன்பாட்டு திறனை மேம்படுத்த விரும்பும் உருவாக்குநர்களுக்கு அவசியம்.

இந்த கட்டுரை பைதான் கம்பைலரால் பயன்படுத்தப்படும் முக்கிய தேர்வுமுறை நுட்பங்களில் ஒன்றான பைட் குறியீடு பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை பற்றி ஆராய்கிறது. அது என்ன, அது எவ்வாறு செயல்படுகிறது, மற்றும் பைதான் குறியீட்டை வேகமாகவும் சிறியதாகவும் மாற்றுவதற்கு அது எவ்வாறு பங்களிக்கிறது என்பதை நாங்கள் ஆராய்வோம்.

பைதான் பைட் குறியீட்டைப் புரிந்துகொள்வது

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறைக்குள் நுழைவதற்கு முன், பைதான் பைட் குறியீட்டைப் புரிந்துகொள்வது அவசியம். நீங்கள் ஒரு பைதான் ஸ்கிரிப்டை இயக்கும்போது, மொழிபெயர்ப்பாளர் முதலில் உங்கள் மூலக் குறியீட்டை பைட் குறியீடு எனப்படும் இடைநிலை பிரதிநிதித்துவமாக மாற்றுகிறார். இந்த பைட் குறியீடு பைதான் மெய்நிகர் இயந்திரத்தால் (PVM) இயக்கப்படும் அறிவுறுத்தல்களின் தொகுப்பாகும்.

dis தொகுதியைப் பயன்படுத்தி பைதான் செயல்பாட்டிற்கு உருவாக்கப்பட்ட பைட் குறியீட்டை நீங்கள் ஆய்வு செய்யலாம் (டிஸ்அசெம்ப்ளர்):

import dis

def add(a, b):
 return a + b

dis.dis(add)

வெளியீடு பின்வருமாறு இருக்கும் (பைதான் பதிப்பைப் பொறுத்து சற்று மாறுபடலாம்):

 4 0 LOAD_FAST 0 (a)
 2 LOAD_FAST 1 (b)
 4 BINARY_OP 0 (+)
 6 RETURN_VALUE

பைட் குறியீடு அறிவுறுத்தல்களின் விளக்கம் இங்கே:

• LOAD_FAST: உள்ளூர் மாறியை அடுக்கில் ஏற்றுகிறது.
• BINARY_OP: அடுக்கின் மேல் இரண்டு கூறுகளைப் பயன்படுத்தி பைனரி செயல்பாட்டைச் செய்கிறது (இந்த விஷயத்தில், கூட்டல்).
• RETURN_VALUE: அடுக்கின் மேல் பகுதியைத் திருப்பித் தருகிறது.

பைட் குறியீடு ஒரு தளம்-சார்பற்ற பிரதிநிதித்துவம் ஆகும், இது பைதான் மொழிபெயர்ப்பாளருடன் எந்தவொரு கணினியிலும் பைதான் குறியீட்டை இயக்க அனுமதிக்கிறது. இருப்பினும், தேர்வுமுறைக்கான வாய்ப்புகள் எங்கு எழுகின்றன.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை என்றால் என்ன?

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை என்பது ஒரு எளிய ஆனால் பயனுள்ள தேர்வுமுறை நுட்பமாகும், இது ஒரு நேரத்தில் பைட் குறியீடு அறிவுறுத்தல்களின் சிறிய "சாளரத்தை" (அல்லது "பீப்ஹோல்") ஆராய்வதன் மூலம் செயல்படுகிறது. இது மிகவும் திறமையான மாற்றுகளுடன் மாற்றக்கூடிய அறிவுறுத்தல்களின் குறிப்பிட்ட வடிவங்களைத் தேடுகிறது. தேவையற்ற அல்லது திறமையற்ற வரிசைகளை அடையாளம் கண்டு, அவற்றை சமமான, ஆனால் வேகமான வரிசைகளாக மாற்றுவதே முக்கிய யோசனை.

"பீப்ஹோல்" என்ற சொல் குறியீட்டின் உகப்பாக்கி கொண்டிருக்கும் சிறிய, உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட காட்சியைக் குறிக்கிறது. இது முழு நிரலின் கட்டமைப்பைப் புரிந்து கொள்ள முயற்சிக்கவில்லை; அதற்கு பதிலாக, இது அறிவுறுத்தல்களின் குறுகிய வரிசைகளை மேம்படுத்துவதில் கவனம் செலுத்துகிறது.

பைத்தானில் பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது

பைதான் கம்பைலர் (குறிப்பாக, சிபைதான் கம்பைலர்) சுருக்க தொடரியல் மரம் (AST) பைட் குறியீடாக மாற்றப்பட்ட பிறகு, குறியீடு உருவாக்கும் கட்டத்தில் பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையைச் செய்கிறது. உகப்பாக்கி முன்னரே வரையறுக்கப்பட்ட வடிவங்களைத் தேடி, பைட் குறியீட்டின் வழியாகச் செல்கிறது. பொருந்தக்கூடிய முறை காணப்பட்டதும், அது மிகவும் திறமையான சமமானதாக மாற்றப்படுகிறது. மேலும் தேர்வுமுறைகளைச் செய்ய முடியாத வரை இந்த செயல்முறை மீண்டும் செய்யப்படுகிறது.

சிபைதான் செய்யும் பீப்ஹோல் தேர்வுமுறைகளின் சில பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகளைக் கவனியுங்கள்:

1. மாறிலி மடிப்பு

மாறிலி மடிப்பு என்பது இயக்க நேரத்தில் மாறிலி வெளிப்பாடுகளை இயக்க நேரத்திற்கு பதிலாக கம்பைல் நேரத்தில் மதிப்பிடுவதை உள்ளடக்கியது. உதாரணமாக:

def calculate():
 return 2 + 3 * 4

dis.dis(calculate)

மாறிலி மடிப்பு இல்லாமல், பைட் குறியீடு இப்படி இருக்கும்:

 1 0 LOAD_CONST 1 (2)
 2 LOAD_CONST 2 (3)
 4 LOAD_CONST 3 (4)
 6 BINARY_OP 4 (*)
 8 BINARY_OP 0 (+)
10 RETURN_VALUE

இருப்பினும், மாறிலி மடிப்புடன், கம்பைலர் முடிவை (2 + 3 * 4 = 14) முன்கூட்டியே கணக்கிட்டு முழு வெளிப்பாட்டையும் ஒரு மாறிலி மூலம் மாற்ற முடியும்:

 1 0 LOAD_CONST 1 (14)
 2 RETURN_VALUE

இது இயக்க நேரத்தில் செயல்படுத்தப்படும் அறிவுறுத்தல்களின் எண்ணிக்கையை கணிசமாகக் குறைக்கிறது, இது மேம்பட்ட செயல்திறனுக்கு வழிவகுக்கிறது.

2. மாறிலி பரப்புதல்

மாறிலி பரப்புதல் என்பது மாறிலி மதிப்புகளைக் கொண்ட மாறிகளை அந்த மாறிலி மதிப்புகளுடன் நேரடியாக மாற்றுவதை உள்ளடக்கியது. இந்த உதாரணத்தை கருத்தில் கொள்ளுங்கள்:

def greet():
 message = "Hello, World!"
 print(message)

dis.dis(greet)

உகப்பாக்கி மாறிலி சரத்தை "Hello, World!" நேரடியாக print செயல்பாட்டு அழைப்பில் பரப்பலாம், இது message மாறியை ஏற்ற வேண்டிய தேவையை நீக்குகிறது.

3. இறந்த குறியீடு நீக்கம்

இறந்த குறியீடு நீக்கம் நிரலின் வெளியீட்டில் எந்த விளைவையும் ஏற்படுத்தாத குறியீட்டை நீக்குகிறது. இது பயன்படுத்தப்படாத மாறிகள் அல்லது எப்போதும் தவறான நிபந்தனை கிளைகள் போன்ற பல்வேறு காரணங்களால் ஏற்படலாம். உதாரணமாக:

def useless():
 x = 10
 y = 20
 if False:
 z = x + y
 return x

dis.dis(useless)

z = x + y if False தொகுதிக்குள் உள்ள வரி ஒருபோதும் இயக்கப்படாது மற்றும் உகப்பாக்கியால் பாதுகாப்பாக அகற்றப்படலாம்.

4. ஜம்ப் தேர்வுமுறை

ஜம்ப் தேர்வுமுறை ஜம்ப் அறிவுறுத்தல்களை எளிதாக்குவதில் கவனம் செலுத்துகிறது (எ.கா., JUMP_FORWARD, JUMP_IF_FALSE_OR_POP) ஜம்ப்களின் எண்ணிக்கையை குறைக்க மற்றும் கட்டுப்பாட்டு ஓட்டத்தை நெறிப்படுத்த. உதாரணமாக, ஒரு ஜம்ப் அறிவுறுத்தல் உடனடியாக மற்றொரு ஜம்ப் அறிவுறுத்தலுக்குச் சென்றால், முதல் ஜம்ப் இறுதி இலக்கிற்கு திருப்பி விடப்படும்.

5. லூப் தேர்வுமுறை

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை முக்கியமாக குறுகிய அறிவுறுத்தல் வரிசைகளில் கவனம் செலுத்தினாலும், சுழற்சிகளுக்குள் தேவையற்ற செயல்பாடுகளை அடையாளம் கண்டு அகற்றுவதன் மூலம் லூப் தேர்வுமுறைக்கும் இது பங்களிக்கும். உதாரணமாக, லூப் மாறியைப் பொறுத்து இல்லாத லூப்பிற்குள் உள்ள மாறிலி வெளிப்பாடுகள் சுழற்சிக்கு வெளியே நகர்த்தப்படலாம்.

பைட் குறியீடு பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையின் நன்மைகள்

பைட் குறியீடு பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை பல முக்கிய நன்மைகளை வழங்குகிறது:

• மேம்பட்ட செயல்திறன்: இயக்க நேரத்தில் செயல்படுத்தப்படும் அறிவுறுத்தல்களின் எண்ணிக்கையை குறைப்பதன் மூலம், பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை பைதான் குறியீட்டின் செயல்திறனை கணிசமாக மேம்படுத்தும்.
• குறைக்கப்பட்ட குறியீடு அளவு: இறந்த குறியீட்டை அகற்றுவது மற்றும் அறிவுறுத்தல் வரிசைகளை எளிதாக்குவது சிறிய பைட் குறியீடு அளவிற்கு வழிவகுக்கிறது, இது நினைவக நுகர்வு குறைக்கலாம் மற்றும் ஏற்றுதல் நேரத்தை மேம்படுத்தும்.
• எளிமை: பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை செயல்படுத்த ஒப்பீட்டளவில் எளிய நுட்பமாகும் மற்றும் சிக்கலான நிரல் பகுப்பாய்வு தேவையில்லை.
• தளம் சுதந்திரம்: தேர்வுமுறை பைட் குறியீட்டில் செய்யப்படுகிறது, இது தளம்-சுதந்திரமானது, வெவ்வேறு அமைப்புகளில் நன்மைகள் உணரப்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையின் வரம்புகள்

அதன் நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை சில வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளது:

• வரையறுக்கப்பட்ட நோக்கம்: பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை குறுகிய அறிவுறுத்தல் வரிசைகளை மட்டுமே கருதுகிறது, இது குறியீட்டைப் பற்றிய பரந்த புரிதல் தேவைப்படும் மிகவும் சிக்கலான தேர்வுமுறைகளைச் செய்வதற்கான திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
• உகந்த முடிவுகள்: பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை செயல்திறனை மேம்படுத்த முடியும் என்றாலும், இது எப்போதும் சிறந்த முடிவுகளை அடையாது. உலகளாவிய தேர்வுமுறை அல்லது இடைக்கால பகுப்பாய்வு போன்ற மேம்பட்ட தேர்வுமுறை நுட்பங்கள் மேலும் மேம்பாடுகளை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
• சிபைதான் குறிப்பிட்டது: செய்யப்படும் குறிப்பிட்ட பீப்ஹோல் தேர்வுமுறைகள் பைதான் செயல்படுத்தலைப் பொறுத்தது (சிபைதான்). மற்ற பைதான் செயலாக்கங்கள் வெவ்வேறு தேர்வுமுறை உத்திகளைப் பயன்படுத்தலாம்.

நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகள் மற்றும் தாக்கம்

பல பீப்ஹோல் தேர்வுமுறைகளின் ஒருங்கிணைந்த விளைவை விளக்க ஒரு விரிவான உதாரணத்தை ஆராய்வோம். ஒரு சுழற்சிக்குள் ஒரு எளிய கணக்கீட்டைச் செய்யும் ஒரு செயல்பாட்டைக் கவனியுங்கள்:

def compute(n):
 result = 0
 for i in range(n):
 result += i * 2 + 1
 return result

dis.dis(compute)

தேர்வுமுறை இல்லாமல், லூப்பிற்கான பைட் குறியீட்டில் ஒவ்வொரு மறு செய்கைக்கும் பல LOAD_FAST, LOAD_CONST, BINARY_OP அறிவுறுத்தல்கள் இருக்கலாம். இருப்பினும், பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை மூலம், i * 2 + 1 i ஒரு மாறிலி என்று தெரிந்தால் (அல்லது சில சூழல்களில் கம்பைல் நேரத்தில் எளிதாகப் பெறக்கூடிய ஒரு மதிப்பு). மேலும், ஜம்ப் தேர்வுமுறைகள் லூப் கட்டுப்பாட்டு ஓட்டத்தை நெறிப்படுத்தலாம்.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையின் சரியான தாக்கம் குறியீட்டைப் பொறுத்து மாறுபடலாம் என்றாலும், இது பொதுவாக செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்திற்கு பங்களிக்கிறது, குறிப்பாக கணக்கீட்டு தீவிரமான பணிகள் அல்லது அடிக்கடி லூப் மறு செய்கைகளை உள்ளடக்கிய குறியீடு.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையை எவ்வாறு பயன்படுத்துவது

பைதான் உருவாக்குநராக, நீங்கள் பீப்ஹோல் தேர்வுமுறையை நேரடியாகக் கட்டுப்படுத்த மாட்டீர்கள். சிபைதான் கம்பைலர் இந்த தேர்வுமுறைகளை தொகுப்பு செயல்பாட்டின் போது தானாகவே பயன்படுத்துகிறது. இருப்பினும், சில சிறந்த நடைமுறைகளைப் பின்பற்றுவதன் மூலம் தேர்வுமுறைக்கு மிகவும் ஏற்ற குறியீட்டை நீங்கள் எழுதலாம்:

• மாறிலிகளைப் பயன்படுத்தவும்: முடிந்தவரை மாறிலிகளைப் பயன்படுத்தவும், ஏனெனில் அவை கம்பைலரை மாறிலி மடிப்பு மற்றும் பரப்புதல் செய்ய அனுமதிக்கின்றன.
• தேவையற்ற கணக்கீடுகளைத் தவிர்க்கவும்: தேவையற்ற கணக்கீடுகளைக் குறைக்கவும், குறிப்பாக சுழற்சிகளுக்குள். மாறிலி வெளிப்பாடுகளை சாத்தியமானால் சுழற்சிகளுக்கு வெளியே நகர்த்தவும்.
• குறியீட்டை சுத்தமாகவும் எளிமையாகவும் வைத்திருங்கள்: கம்பைலருக்கு பகுப்பாய்வு செய்து தேர்வுமுறைக்கு எளிதான தெளிவான மற்றும் சுருக்கமான குறியீட்டை எழுதுங்கள்.
• உங்கள் குறியீட்டை சுயவிவரமாக்குங்கள்: செயல்திறன் குறைபாடுகளை அடையாளம் காண சுயவிவர கருவிகளைப் பயன்படுத்தவும், மேலும் அவை அதிக தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும் பகுதிகளில் உங்கள் தேர்வுமுறை முயற்சிகளில் கவனம் செலுத்துங்கள்.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறைக்கு அப்பால்: பிற தேர்வுமுறை நுட்பங்கள்

பைதான் குறியீட்டை மேம்படுத்துவதற்கு வரும்போது பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை என்பது புதிரின் ஒரு பகுதியாகும். பிற தேர்வுமுறை நுட்பங்கள் பின்வருமாறு:

• ஜஸ்ட்-இன்-டைம் (JIT) தொகுப்பு: PyPy போன்ற JIT கம்பைலர்கள், பைதான் குறியீட்டை இயக்க நேரத்தில் சொந்த இயந்திரக் குறியீடாக மாறும், இது குறிப்பிடத்தக்க செயல்திறன் மேம்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
• சைதான்: சைதான் பைதான் போன்ற குறியீட்டை எழுத உங்களை அனுமதிக்கிறது, இது சி க்கு தொகுக்கப்படுகிறது, இது பைதான் மற்றும் சி செயல்திறனுக்கு இடையிலான பாலத்தை வழங்குகிறது.
• திசையன்மயமாக்கல்: NumPy போன்ற நூலகங்கள் திசையன்மயமாக்கப்பட்ட செயல்பாடுகளை செயல்படுத்துகின்றன, இது முழு வரிசைகளிலும் ஒரே நேரத்தில் செயல்பாடுகளைச் செய்வதன் மூலம் எண்கணித கணக்கீடுகளை கணிசமாக வேகப்படுத்தும்.
• ஒத்திசைவற்ற நிரலாக்கம்: asyncio உடன் ஒத்திசைவற்ற நிரலாக்கம் முக்கிய நூலைத் தடுக்காமல் பல பணிகளை ஒரே நேரத்தில் கையாளக்கூடிய ஒரே நேரத்தில் குறியீட்டை எழுத உங்களை அனுமதிக்கிறது.

முடிவு

பைதான் குறியீட்டின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் அளவைக் குறைக்கவும் பைதான் கம்பைலரால் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு மதிப்புமிக்க நுட்பம் பைட் குறியீடு பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை. பைட் குறியீடு அறிவுறுத்தல்களின் குறுகிய வரிசைகளை ஆராய்ந்து, அவற்றை மிகவும் திறமையான மாற்றுகளுடன் மாற்றுவதன் மூலம், பைதான் குறியீட்டை வேகமாகவும் சிறியதாகவும் மாற்ற பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை பங்களிக்கிறது. இது வரம்புகளைக் கொண்டிருந்தாலும், ஒட்டுமொத்த பைதான் தேர்வுமுறை உத்தியின் ஒரு முக்கிய பகுதியாக இது உள்ளது.

பீப்ஹோல் தேர்வுமுறை மற்றும் பிற தேர்வுமுறை நுட்பங்களைப் புரிந்துகொள்வது மிகவும் திறமையான பைதான் குறியீட்டை எழுதவும் அதிக செயல்திறன் பயன்பாடுகளை உருவாக்கவும் உதவும். சிறந்த நடைமுறைகளைப் பின்பற்றுவதன் மூலமும், கிடைக்கக்கூடிய கருவிகள் மற்றும் நூலகங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், பைத்தானின் முழு திறனையும் திறக்கலாம் மற்றும் செயல்திறன் மற்றும் பராமரிக்கக்கூடிய பயன்பாடுகளை உருவாக்கலாம்.

மேலும் வாசிக்க

• பைதான் டிஸ் தொகுதி ஆவணம்: https://docs.python.org/3/library/dis.html
• சிபைதான் மூலக் குறியீடு (குறிப்பாக பீப்ஹோல் உகப்பாக்கி): தேர்வுமுறை செயல்முறையைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலுக்காக சிபைதான் மூலக் குறியீட்டை ஆராயுங்கள்.
• கம்பைலர் தேர்வுமுறை பற்றிய புத்தகங்கள் மற்றும் கட்டுரைகள்: துறையைப் பற்றிய விரிவான புரிதலுக்காக கம்பைலர் வடிவமைப்பு மற்றும் தேர்வுமுறை நுட்பங்கள் குறித்த ஆதாரங்களைப் பார்க்கவும்.