Python 3.11 终于发布了，性能大提升！

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原文：https://realpython.com/python311-new-features

终于，Python 3.11 正式版发布了！

2020 年 1 月 1 日，Python 官方结束了对 Python 2 的维护，这意味着 Python 2 已完全退休，进入了 Python 3 时代。打从进入 3 版本以来，Python 官方已经发布了众多修改分支，现在来到了最新的版本 Python 3.11。

其实研究界有个不公开的秘密，那就是 Python 运行速度并不快但容易上手，因此使用人数超级多，在众多最受欢迎语言榜单中 Python 多次位列第一。很多开发者都期待这门语言的性能有所提升，还有人畅想 Python 4 会不会在某个不经意的时刻到来，有这种想法的人可以放一放了，Python 之父 Van Rossum 都说了，Python 4.0 可能不会来了。

Van Rossum 曾表示：「我和 Python 核心开发团队的成员对 Python 4.0 没什么想法，提不起兴趣，估计至少会一直编号到 3.33。Python 的加速是渐进式的，3.11 版本会有新的速度提升，预计会比 3.10 快得多。」

正如 Van Rossum 所说，根据官方资料显示最新发布的 Python 3.11 比 Python 3.10 快 10-60%，对用户更友好。这一版本历经 17 个月的开发，现在公开可用。

Python 3.11 的具体改进主要表现在：更详实的 Error Tracebacks、更快的代码执行、更好的异步任务语法、改进类型变量、支持 TOML 配置解析以及一些其他非常酷的功能（包括快速启动、Zero-Cost 异常处理、异常组等）。

Python 指导委员会成员和核心开发者、Python3.10/3.11 发布管理者 Pablo Galindo Salgado 表示，为了使 3.11 成为最好的 Python 版本，我们付出了很多努力。

Python 3.11 新特性

Error Tracebacks

Python 这门编程语言对初学者非常友好，它具有易于理解的语法和强大的数据结构。但对于刚刚接触 Python 的人来说却存在一个难题，即如何解释当 Python 遇到错误时显示的 traceback。

Python 3.11 将 Decorative annotation 添加到 tracebacks 中，以帮助用户更快地解释错误消息。想要获得这种功能，可以将以下代码添加到 inverse.py 文件中。

举例来说，你可以使用 inverse() 来计算一个数的倒数。因为 0 没有倒数，所以在运行下列代码时会抛出一个错误。

注意嵌入在 traceback 中的 ^ 和~ 符号，它们指向导致错误的代码。与此前的 tracebacks 一样，你应该从底层开始，然后逐步向上。这种操作对发现错误非常有用，但如果代码过于复杂，带注释的 tracebacks 会更好。

更快的代码执行

Python 以速度慢著称，例如在 Python 中，常规循环比 C 中的类似循环慢几个数量级。

Python 官方正在着手改进这一缺陷。2020 年秋，Mark Shannon 提出了关于 Python 的几个性能改进。这个提议被称为香农计划 (Shannon Plan)，他们希望通过几个版本的更新将 Python 的速度提高 5 倍。不久之后微软正式加入该计划，该公司正在支持包括 Mark Shannon、Guido van Rossum 在内的开发人员，致力于「Faster CPython」项目的研究。

「Faster CPython」项目中的一个重要提案是 PEP 659，在此基础上，Python 3.11 有了许多改进。

PEP 659 描述了一种「specializing adaptive interpreter」。主要思想是通过优化经常执行的操作来加快代码运行速度，这类似于 JIT（just-in-time）编译。只是它不影响编译，相反，Python 的字节码是动态调整或可更改的。

研究人员在字节码生成中添加了一个名为「quickening」的新步骤，从而可以在运行时优化指令，并将它们替换为 adaptive 指令。

一旦函数被调用了一定次数，quickening 指令就会启动。在 CPython 3.11 中，八次调用之后就会启动 quickening。你可以通过调用 dis() 并设置 adaptive 参数来观察解释器如何适应字节码。

在基准测试中，CPython 3.11 比 CPython 3.10 平均快 25%。Faster CPython 项目是一个正在进行的项目，已经有几个优化计划在 2023 年 10 月与 Python 3.12 一起发布。你可以在 GitHub 上关注该项目。

项目地址：https://github.com/faster-cpython/ideas

更好的异步任务语法

Python 中对异步编程的支持已经发展了很长时间。Python 2 时代添加了生成器，asyncio 库最初是在 Python 3.4 中添加的，而 async 和 await 关键字是在 Python 3.5 中添加的。在 Python 3.11 中，你可以使用任务组（task groups），它为运行和监视异步任务提供了更简洁的语法。

改进的类型变量

Python 是一种动态类型语言，但它通过可选的类型提示支持静态类型。Python 静态类型系统的基础在 2015 年的 PEP 484 中定义。自 Python 3.5 以来，每个 Python 版本都引入了几个与类型相关的新提案。

Python 3.11 发布了 5 个与类型相关的 PEP，创下新高：

PEP 646: 可变泛型

PEP 655: 根据需要或可能丢失的情况标记单个 TypedDict 项

PEP 673: Self 类型

PEP 675: 任意文字字符串类型

PEP 681: 数据类转换

支持 TOML 配置解析

TOML 是 Tom's Obvious Minimal Language 的缩写。这是一种在过去十年中流行起来的配置文件格式。在为包和项目指定元数据时，Python 社区已将 TOML 作为首选格式。

虽然 TOML 已被使用多年，但 Python 并没有内置的 TOML 支持。当 tomllib 添加到标准库时，Python 3.11 中的情况发生了变化。这个新模块建立在 toml 第三方库之上，允许解析 TOML 文件。

以下是名为 units.toml 的 TOML 文件示例：