总结

元组几乎在每个类别中都比列表表现得更好:

元组可以被常数折叠。 元组可以重用，而不是复制。 元组是紧凑的，不会过度分配。 元组直接引用它们的元素。

元组可以被常数折叠

常量元组可以通过Python的窥视孔优化器或ast -优化器预先计算。另一方面，列表是从零开始积累起来的:

    >>> from dis import dis

    >>> dis(compile("(10, 'abc')", '', 'eval'))
      1           0 LOAD_CONST               2 ((10, 'abc'))
                  3 RETURN_VALUE   
 
    >>> dis(compile("[10, 'abc']", '', 'eval'))
      1           0 LOAD_CONST               0 (10)
                  3 LOAD_CONST               1 ('abc')
                  6 BUILD_LIST               2
                  9 RETURN_VALUE 

元组不需要复制

运行tuple(some_tuple)本身立即返回。因为元组是不可变的，所以它们不需要被复制:

>>> a = (10, 20, 30)
>>> b = tuple(a)
>>> a is b
True

相反，list(some_list)要求将所有数据复制到一个新的列表中:

>>> a = [10, 20, 30]
>>> b = list(a)
>>> a is b
False

元组不会过度分配

由于元组的大小是固定的，因此它可以比需要过度分配以使append()操作高效的列表存储得更紧凑。

这为元组提供了一个很好的空间优势:

>>> import sys
>>> sys.getsizeof(tuple(iter(range(10))))
128
>>> sys.getsizeof(list(iter(range(10))))
200

下面是来自Objects/listobject.c的注释，它解释了列表在做什么:

/* This over-allocates proportional to the list size, making room
 * for additional growth.  The over-allocation is mild, but is
 * enough to give linear-time amortized behavior over a long
 * sequence of appends() in the presence of a poorly-performing
 * system realloc().
 * The growth pattern is:  0, 4, 8, 16, 25, 35, 46, 58, 72, 88, ...
 * Note: new_allocated won't overflow because the largest possible value
 *       is PY_SSIZE_T_MAX * (9 / 8) + 6 which always fits in a size_t.
 */

元组直接指向它们的元素

对对象的引用直接合并到元组对象中。相比之下，列表有一个额外的间接层指向外部指针数组。

这为元组的索引查找和解包提供了一个小的速度优势:

$ python3.6 -m timeit -s 'a = (10, 20, 30)' 'a[1]'
10000000 loops, best of 3: 0.0304 usec per loop
$ python3.6 -m timeit -s 'a = [10, 20, 30]' 'a[1]'
10000000 loops, best of 3: 0.0309 usec per loop

$ python3.6 -m timeit -s 'a = (10, 20, 30)' 'x, y, z = a'
10000000 loops, best of 3: 0.0249 usec per loop
$ python3.6 -m timeit -s 'a = [10, 20, 30]' 'x, y, z = a'
10000000 loops, best of 3: 0.0251 usec per loop

下面是元组(10,20)的存储方式:

    typedef struct {
        Py_ssize_t ob_refcnt;
        struct _typeobject *ob_type;
        Py_ssize_t ob_size;
        PyObject *ob_item[2];     /* store a pointer to 10 and a pointer to 20 */
    } PyTupleObject;

下面是列表[10,20]的存储方式:

    PyObject arr[2];              /* store a pointer to 10 and a pointer to 20 */

    typedef struct {
        Py_ssize_t ob_refcnt;
        struct _typeobject *ob_type;
        Py_ssize_t ob_size;
        PyObject **ob_item = arr; /* store a pointer to the two-pointer array */
        Py_ssize_t allocated;
    } PyListObject;

请注意，tuple对象直接合并了这两个数据指针，而list对象有一个额外的间接层，用于保存这两个数据指针的外部数组。

如果列表或元组中的所有项都是相同的C类型，则还应该考虑标准库中的array模块。它占用的内存更少，运行速度更快。

dis模块可以反汇编函数的字节码，对于区分元组和列表非常有用。

在本例中，您可以看到访问元素会生成相同的代码，但是赋值元组要比赋值列表快得多。

>>> def a():
...     x=[1,2,3,4,5]
...     y=x[2]
...
>>> def b():
...     x=(1,2,3,4,5)
...     y=x[2]
...
>>> import dis
>>> dis.dis(a)
  2           0 LOAD_CONST               1 (1)
              3 LOAD_CONST               2 (2)
              6 LOAD_CONST               3 (3)
              9 LOAD_CONST               4 (4)
             12 LOAD_CONST               5 (5)
             15 BUILD_LIST               5
             18 STORE_FAST               0 (x)

  3          21 LOAD_FAST                0 (x)
             24 LOAD_CONST               2 (2)
             27 BINARY_SUBSCR
             28 STORE_FAST               1 (y)
             31 LOAD_CONST               0 (None)
             34 RETURN_VALUE
>>> dis.dis(b)
  2           0 LOAD_CONST               6 ((1, 2, 3, 4, 5))
              3 STORE_FAST               0 (x)

  3           6 LOAD_FAST                0 (x)
              9 LOAD_CONST               2 (2)
             12 BINARY_SUBSCR
             13 STORE_FAST               1 (y)
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             19 RETURN_VALUE

元组是不可变的，内存效率更高;为了提高速度和效率，列表会过度分配内存，以允许在没有常量reallocs的情况下执行追加操作。所以，如果你想在你的代码中迭代一个常量序列的值(例如在'上'，'右'，'下'，'左':)，元组是首选的，因为这样的元组是在编译时预先计算的。

读取访问速度应该相同(它们都作为连续数组存储在内存中)。

但是，在处理可变数据时，list.append(item)比atuple+= (item，)更受欢迎。请记住，元组将被视为没有字段名的记录。

元组表现更好，但如果元组的所有元素都是不可变的。如果元组中的任何元素是可变的、列表或函数的，则编译它将花费更长的时间。这里我编译了3个不同的对象:

在第一个例子中，我编译了一个元组。它将元组加载为常量，加载并返回值。编译只需要一步。这叫做常数折叠。当我用相同的元素编译一个列表时，它必须首先加载每个单独的常量，然后构建列表并返回它。在第三个例子中，我使用了一个包含列表的元组。我为每个操作计时。

——内存分配

When mutable container objects such as lists, sets, dictionaries, etc are created, and during their lifetime, the allocated capacity of these containers (the number of items they can contain) is greater than the number of elements in the container. This is done to make adding elements to the collection more efficient, and is called over-allocating. Thus size of the list doesn't grow every time we append an element - it only does so occasionally. Resizing a list is very expensive, so not resizing every time an item is added helps out but you don't want to overallocate too much as this has a memory cost.

另一方面，由于不可变容器的项数在创建后是固定的，因此不需要这种过度分配——因此它们的存储效率更高。随着元组变大，它们的大小也会增加。

——复制

对不可变序列做一个浅拷贝是没有意义的，因为无论如何你都不能改变它。复制tuple只是返回它自己，还有内存地址。这就是为什么复制tuple更快

检索元素

我计时从元组和列表中检索元素:

从元组中检索元素比从列表中检索元素要快得多。因为在CPython中，元组可以直接访问(指针)它们的元素，而列表需要首先访问另一个数组，其中包含指向列表元素的指针。

这里是另一个小基准，只是为了它的缘故。

In [11]: %timeit list(range(100))
749 ns ± 2.41 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

In [12]: %timeit tuple(range(100))
781 ns ± 3.34 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

In [1]: %timeit list(range(1_000))
13.5 µs ± 466 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [2]: %timeit tuple(range(1_000))
12.4 µs ± 182 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [7]: %timeit list(range(10_000))
182 µs ± 810 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)

In [8]: %timeit tuple(range(10_000))
188 µs ± 2.38 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)

In [3]: %timeit list(range(1_00_000))
2.76 ms ± 30.5 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)

In [4]: %timeit tuple(range(1_00_000))
2.74 ms ± 31.8 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)

In [10]: %timeit list(range(10_00_000))
28.1 ms ± 266 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)

In [9]: %timeit tuple(range(10_00_000))
28.5 ms ± 447 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)

让我们平均一下:

In [3]: l = np.array([749 * 10 ** -9, 13.5 * 10 ** -6, 182 * 10 ** -6, 2.76 * 10 ** -3, 28.1 * 10 ** -3])

In [2]: t = np.array([781 * 10 ** -9, 12.4 * 10 ** -6, 188 * 10 ** -6, 2.74 * 10 ** -3, 28.5 * 10 ** -3])

In [11]: np.average(l)
Out[11]: 0.0062112498000000006

In [12]: np.average(t)
Out[12]: 0.0062882362

In [17]: np.average(t) / np.average(l)  * 100
Out[17]: 101.23946713590554

你可以说这几乎是不确定的。

但可以肯定的是，与列表相比，元组花费了101.239%的时间，或额外1.239%的时间来完成这项工作。