Der Windows-x86-64-Interpreter von Python 3.15 dürfte rund 15 % schneller werden

• Der Tail-Calling-Interpreter von CPython zeigt unter Windows x86-64 etwa 15 % bessere Leistung als die bisherige Methode
• Auch unter macOS AArch64 (XCode Clang) wurde ein Leistungsplus von etwa 5 % bestätigt; unter Windows kommt eine experimentelle Funktion von MSVC 2026 zum Einsatz
• Im pyperformance-Benchmark zeigten die meisten Tests Geschwindigkeitsgewinne, einige verbesserten sich um bis zu 78 %
• Als Hauptursachen für den Performance-Gewinn gelten zurückgesetzte Compiler-Optimierungsheuristiken und verbessertes Inlining
• Mit der offiziellen Veröffentlichung von Python 3.15 soll dies standardmäßig in Builds auf Basis von Visual Studio 2026 aktiviert werden

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Performance-Verbesserung des Tail-Calling-Interpreters

• Der Tail-Calling-Interpreter von CPython wurde unter Windows x86-64 als etwa 15 % schneller als der bisherige Switch-Case-Interpreter gemessen
  • Laut pyperformance liegt das geometrische Mittel bei einer Verbesserung von 15–16 %
  • Einige Benchmarks zeigten bis zu 78 % mehr Geschwindigkeit, in wenigen Fällen war die Ausführung 60 % langsamer
• Unter macOS AArch64 (XCode Clang) wurde ebenfalls ein Leistungsplus von rund 5 % festgestellt
• Diese Ergebnisse gelten unter der Annahme, dass sich im Entwicklungszyklus von Python 3.15 daran nichts mehr ändert

Vergleich der Interpreter-Architekturen

• C-basierte Implementierungen von Interpretern lassen sich in drei Varianten einteilen: switch-case, computed goto und tail-call threaded
  • switch-case: Verzweigungsbehandlung pro Instruktion
  • computed goto: GCC-/Clang-Erweiterung mit direktem Sprung zur Verzweigungsadresse
  • tail-call threaded: Jeder Bytecode-Handler wird in eine eigene Funktion aufgeteilt und per Tail Call an die nächste Funktion übergeben
• Früher garantierten C-Compiler keine Tail-Call-Optimierung, wodurch ein Risiko für Stack Overflow bestand
• Mit den Attributen __attribute__((musttail)) von Clang und [[msvc::musttail]] von MSVC sind erzwungene Tail Calls möglich geworden

Build-Ergebnisse mit MSVC 2026 für Windows

• In einem CPython-Build mit experimentellen MSVC-Funktionen zeigten die meisten Benchmarks höhere Geschwindigkeit
  • Beispielergebnisse:
    • spectralnorm: 1,48-fach
    • nbody: 1,35-fach
    • bm_django_template: 1,18-fach
    • xdsl: 1,14-fach
• Dies wurde offiziell in das Dokument „What’s New“ für Python 3.15 aufgenommen
  • In Builds mit Visual Studio 2026 (MSVC 18) ist der Tail-Calling-Interpreter verfügbar
  • Reine Python-Bibliotheken werden um etwa 15 % beschleunigt, kleine Skripte um bis zu 40 %

Ursachen des Performance-Gewinns

• Tail Calling setzt die Optimierungsheuristiken des Compilers zurück und fördert dadurch effizientere Code-Erzeugung
• Die bisherige CPython-Interpreter-Schleife bestand aus einer einzigen Funktion mit rund 12.000 Zeilen, wodurch Inlining-Optimierungen häufig scheiterten
  • In vielen Fällen verweigerte der Compiler Inlining, um eine Vergrößerung des Codes zu vermeiden
• Beim Tail-Calling-Ansatz werden Funktionen aufgeteilt, sodass einfache Funktionen inline verarbeitet werden können
  • Als Beispiel wird eine einfache Funktion wie PyStackRef_CLOSE_SPECIALIZED inline eingebettet
• Dasselbe Phänomen wurde auch bei Builds mit PGO (profilgesteuerter Optimierung) beobachtet

Build- und Nutzungsmethode

• Derzeit ist nur ein Build aus dem Quellcode möglich
  • In einer Visual-Studio-2026-Umgebung erfolgt der Build mit folgendem Befehl

    $env:PlatformToolset = "v145"
    ./PCbuild/build.bat --tail-call-interp -c Release -p x64 --pgo
    

• Sobald sich die Entwicklung von Python 3.15 stabilisiert, ist eine offizielle Binärverteilung vorgesehen