Почему реализация Python использует в 9 раз больше памяти, чем C?

Question

Я написал программу для составления списка простых чисел от 2 до заданного пользователем числа в Python и C. Я запустил обе программы в поисках простых чисел до одного и того же числа и посмотрел их соответствующие процессы в мониторе активности. Я обнаружил, что реализация Python использует ровно в 9 раз больше памяти, чем реализация C. Почему python требует намного больше памяти и почему это конкретное кратное число хранит один и тот же массив целых чисел? Вот обе реализации программы:

Версия Python:

import math
import sys

top = int(input('Please enter the highest number you would like to have checked: '))
num = 3
prime_list = [2]
while num <= top:
    n = 0
    prime = True
    while int(prime_list[n]) <= math.sqrt(num):
        if num % prime_list[n] == 0:
            prime = False
            n = 0
            break
        n = n + 1
    if prime == True:
        prime_list.append(num)
        prime = False
    num = num + 1
print("I found ", len(prime_list), " primes")
print("The largest prime I found was ", prime_list[-1])

C версия:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
    int N;
    int arraySize = 1;
    int *primes = malloc(100*sizeof(int));
    int isPrime = 1;
    primes[0] = 2;
    int timesRealloc = 0;
    int availableSlots = 100;

    printf("Please enter the largest number you want checked: \n");
    scanf("%d", &N);

    int j = 0;
    int i;
    for (i = 3; i <= N; i+=2){
        j = 0;
        isPrime = 1;
        while (primes[j] <= sqrt(i)) {
            if (i%primes[j] == 0) {
                isPrime = 0;
                break;
            }
            j++;
        }
        if (isPrime == 1){
            primes[arraySize] = i;
            arraySize++;
        }
        if (availableSlots == arraySize){
            timesRealloc++;
            availableSlots += 100;
            primes = realloc(primes, availableSlots*sizeof(int));
        }
    }

    printf("I found %d primes\n", arraySize);
    printf("Memory was reallocated %d times\n", timesRealloc);
    printf("The largest prime I found was %d\n", primes[(arraySize-1)]);


    return 0;
}

Answer 1

>>> import sys
>>> sys.getsizeof(123456)
28

Это 7 размер C int. В Python 3 целые числа являются экземплярами struct _longobject a.k.a PyLong:

struct _longobject {
    PyVarObject ob_base;
    digit ob_digit[1];
};

, где PyVarObject равно

typedef struct {
    PyObject ob_base;
    Py_ssize_t ob_size;
} PyVarObject;

и PyObject - это

typedef struct _object {
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;

Отсюда мы получаем следующее использование памяти для этого объекта 123456 в 64-битной сборке Python:

• 8 байтов для счетчика ссылок (Py_ssize_t)
• 8 байт для указателя на тип объекта &PyLong_Type (типа PyTypeObject *
• 8 байтов для подсчета количества байтов в части переменной длины объекта; (типа Py_ssize_t)
• 4 байта на каждые 30 бит цифр в целом числе.

Поскольку 123456 помещается в первые 30 битов, это сумма до 28, или 7 * sizeof (int)

Это в дополнение к тому факту, что каждый элемент в Python list является PyObject *, который указывает на реальный объект; каждый из этих указателей является 64-битным в 64-битных сборках Python; это означает, что каждая ссылка на элемент списка в отдельности потребляет вдвое больше памяти, чем C int.

Сложите 7 и 2, и вы получите 9 .

---

Для более эффективного хранения кода вы можете использовать массивы ; с кодом типа 'i' потребление памяти должно быть достаточно близко к версии C. У array s есть метод append, благодаря которому увеличение массива должно быть даже проще, чем в C / с realloc.