面试题：Python列表元素添加的性能优化场景

Question

假设你有一个非常大的初始为空的列表，需要向其中添加大量元素。从性能角度考虑，在使用append()、extend()、列表拼接（如list1 + list2）这几种添加元素方式中，哪种更适合该场景，为什么？并且请编写代码验证你的结论，通过记录时间等方式展示不同方法的性能差异。

Answer 1

1. 性能分析：

   • append()：每次只能添加一个元素，对于大量元素的添加，会有大量的方法调用开销，性能相对较差。
   • extend()：可以一次添加多个元素，比append()在添加多个元素时效率更高，因为减少了方法调用次数。
   • 列表拼接（如list1 + list2）：每次拼接都会创建一个新的列表对象，这涉及到内存的重新分配和数据的复制，对于大量元素添加，性能开销较大。

   所以，从性能角度考虑，extend()更适合该场景。

2. 代码验证：

import time


# 测试append方法
def test_append():
    my_list = []
    start_time = time.time()
    for i in range(1000000):
        my_list.append(i)
    end_time = time.time()
    return end_time - start_time


# 测试extend方法
def test_extend():
    my_list = []
    sub_list = list(range(1000000))
    start_time = time.time()
    my_list.extend(sub_list)
    end_time = time.time()
    return end_time - start_time


# 测试列表拼接方法
def test_concat():
    my_list = []
    sub_list = list(range(1000000))
    start_time = time.time()
    my_list = my_list + sub_list
    end_time = time.time()
    return end_time - start_time


append_time = test_append()
extend_time = test_extend()
concat_time = test_concat()

print(f"append方法耗时: {append_time} 秒")
print(f"extend方法耗时: {extend_time} 秒")
print(f"列表拼接方法耗时: {concat_time} 秒")

通常运行结果会显示extend()方法耗时最短，append()方法次之，列表拼接方法耗时最长，从而验证extend()在大量元素添加场景下的性能优势。