¿Esto realmente hace que mi código sea más óptimo?
Respuesta rápida: NO
Esto lo único que hace es que el código sea menos legible y más difícil de mantener tanto para ti como para el resto de programadores que lo usen. Además de que puede que tengas librerías con las mismas funciones y una sobrescriba a la otra dando problemas. Lo que se debe de hacer es seguir las convenciones del lenguaje y de cada biblioteca.
Vamos a entrar en detalle, para ello debemos conocer como realiza Python las importaciones.
¿Cómo importa Python?
Resumiendo cuando Python importa las librerías hace las siguientes operaciones:
- Va al cache y busca si el módulo ha sido previamente importado, si ya ha sido importado lo coge del cache, si no pasa a la siguiente operación. Nosotros podemos ver el cache con
sys.modules
- Va a
sys.path
y busca el módulo, si no lo encuentra dará un ModuleNotFoundError
, si lo encuentra pasa a la siguiente operación. (Esta es la parte más compleja de la importación, pero para centrarnos en la pregunta vamos a quedarlo así resumido)
- Lee el código del módulo y crea un objeto tipo
types.ModuleType
.
- Cargar el archivo del módulo en memoria.
- Añade una entrada a
sys.module
con el nombre como clave y donde se encuentra el módulo (lo agrega al cache).
- Compila y ejecuta el código y tendríamos una referencia en nuestro
globals()
para poder usarlo.
Es importante recalcar, que cuando el módulo es importado por primera vez, todo el código del módulo es ejecutado y esto solo se hace una vez y se queda cargado en memoria, no cada vez que se ejecuta la función.
Python a diferencia de otros lenguajes realiza las importaciones cuando se lanza el código (at run time) esto es diferente de por ejemplo C, C++... donde los módulos son compilados y enlazados en el momento de la compilación.
Con esto ya se deduce que no hay ninguna optimización de tiempo ni espacio, ya que aunque importes una función, Python siempre va a compilar y ejecutar el módulo de la misma forma y lo queda cargado. Pero vamos a ver entonces en que cambian las distintas formas de importar
Formas de importar
Vamos a resumir todo lo anterior como el proceso de carga, por lo que sucedería lo siguiente en las distintas formas:
Importando el módulo
import math
- Cargamos el módulo
math
en memoria si no se encontraba previamente cargado.
- Añadimos la referencia a
sys.modules
con la clave math
- añadimos el símbolo del mismo nombre
math
a nuestro namespace
referenciando al objeto math
de sys.modules
por lo que podremos llamar cualquier función de esta biblioteca con math.
Creando un alias para el módulo
import math as py_math
- Cargamos el módulo
math
en memoria si no se encontraba previamente cargado.
- Añadimos la referencia a
sys.modules
con la clave math
- añadimos el símbolo
py_math
a nuestro namespace
referenciando al objeto math
de sys.modules
por lo que podremos llamar cualquier función de esta biblioteca con py_math.
Importando una función de un módulo
import math import sin
(esta es la más polémica a la hora de creer que es más eficiente)
- Cargamos el módulo
math
en memoria si no se encontraba previamente cargado.
- Añadimos la referencia a
sys.modules
con la clave math
- añadimos el símbolo
sin
a nuestro namespace
referenciando al objeto math.sin
de sys.modules
, por lo que cuando ejecutemos sin
python llamará a math.sin
- NO tenemos
math
en nuestro namespace
, por lo que no podremos usar el resto de sus funciones.
Importando todas las funciones del módulo
from math import *
- Cargamos el módulo
math
en memoria si no se encontraba previamente cargado.
- Añadimos la referencia a
sys.modules
con la clave math
.
- Añadimos todos los símbolos que se encuentran en
math
(y que nos permite) a nuestro namespace
.
- NO tenemos
math
en nuestro namespace
.
Como podemos ver Python siempre realiza las mismas operaciones a excepción de como pone la/s referencia/s en nuestro namespace
. Es decir lo único que cambia es como tu llamas a ese paquete, o como llamas a la función. (esto conlleva como vemos más adelante, cambios de tiempo pero son irrisorios y sin importancia) Nada más.
En ningún caso estás "importando parcialmente el paquete" o "importar el paquete cada vez que llamas a la función" ni nada por el estilo.
Comparación de tiempos
Vamos ver la comparación de tiempos, tanto en el momento de importar módulos, como de ejecutar funciones.
Importación de módulos
Vamos a comprobar como todo lo anterior es cierto, (o parcialmente cierto) ejecutando código. Para ello vamos ha crear distintas importaciones y vamos a ejecutarlas 10M de veces, 5 repeticiones:
import timeit
def math_import():
import math
def math_import_func():
from math import sin
def math_import_alias():
import math as py_math
print("Importar el módulo: ", timeit.repeat("math_import()", "from __main__ import math_import", repeat=5, number=10_000_000))
print("Importar una función: ", timeit.repeat("math_import_func()", "from __main__ import math_import_func", repeat=5, number=10_000_000))
print("Importar módulo con alias: ", timeit.repeat("math_import_alias()", "from __main__ import math_import_alias", repeat=5, number=10_000_000))
Salida:
Importar el módulo: [1.4988863739999942, 1.4830362890024844, 1.4795733890023257, 1.4750298549988656, 1.4765737379966595]
Importar una función: [7.225122679999913, 7.060959832000663, 7.142371303998516, 7.129539630001091, 7.128482500000246]
Importar módulo con alias: [1.4638380440010224, 1.4583061759985867, 1.4683159539999906, 1.4613551369984634, 1.4618487959996855]
Importar un módulo con alias o sin alias, da exactamente lo mismo. Pero al contrario de lo que nos podría decir la intuición importar una función directamente, es 5 veces más lento que importar el módulo completo.
Esto sucede porque la importación del módulo completo, lo que hace es coger directamente todo el módulo y ponerlo en nuestro namespace
, mientras que la importación de una función necesita cargar el módulo completo al igual que antes, pero después tiene que buscar la función dentro del módulo, para traer a nuestro namespace solo la función. Este paso extra es lo que crea el aumento de tiempo.
Uso de funciones
Vamos a ver ahora como será el uso de funciones, si es más rápido realizar math.sin(2)
o importar primero dicha función y después ejecutar sin(2)
import timeit
import math
def math_usar_modulo():
math.sin(2)
from math import sin
def math_usar_funcion():
sin(2)
print("Usar funciones con módulo: ", timeit.repeat("math_usar_modulo()", "from __main__ import math_usar_modulo", repeat=5, number=10_000_000))
print("Usar directamente la función: ", timeit.repeat("math_usar_funcion()", "from __main__ import math_usar_funcion", repeat=5, number=10_000_000))
Salida:
Usar funciones con módulo: [1.350086618000205, 1.3652590480014624, 1.408665970000584, 1.3901464710033906, 1.39300650199948]
Usar directamente la función: [1.0757436029998644, 1.0714291420008522, 1.0663878439991095, 1.0607737700011057, 1.0583900019992143]
Usar directamente la función sin(2)
es un 30% más rápido que con el módulo math.sin(2)
. Esto tiene sentido, ya que nos sucede lo contrario que en la importación.
Al tener la función en el namespace
solo tiene que cogerla y ejecutarla, mientras que cuando la llamamos al módulo, Python tienen el módulo en el namespace y dentro tiene que buscar la función sin()
Conclusiones
Llegado aquí puede que te hayas hecho un lío. Primero he dicho que todo era igual, y después he demostrado que no es igual. Lo realmente pesado, que es cargar el módulo en memoria, siempre lo hace igual, hagas lo que hagas siempre va a cargar todo el módulo en memoria (nada de importaciones parciales, o compilar solo una función). Lo único que añade o quita tiempo es la diferencia de búsqueda que hace Python internamente mediante diccionarios, y los diccionarios de Python son muy muy rápidos.
Piensa en las pruebas, ¿10M de importaciones? ¿Quién realiza 10M de importaciones?. Usar 10M de veces una función para obtener un rendimiento de menos de 30 centésimas de segundo, es ridículo.
La conclusión que debemos sacar, es que Python tiene una manera uniforme y realmente optimizada de trabajar con los módulos.
Lo que se debe de hacer como indiqué al principio es seguir las convenciones que existen en el lenguaje y en las distintas bibliotecas, ya que si no se hace, lo único que se consigue es que el código sea menos legible, más difícil de mantener y entender por ti mismo, y por otros programadores.