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Optimize int add/sub for wide exact ints

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interpreter-core performance type-feature
Lenguaje dominante
Python
Estrellas
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Descripción

CPython has a fast path for compact integers in binary add/sub, but wide exact ints still go through the generic long arithmetic path even when both operands fit in int64_t.

This issue proposes adding a separate fast path for exact PyLong operands that fit in signed 64-bit integers, while preserving the existing compact-int path.

Suggested implementation:

  • Keep the current compact-int specialization unchanged.
  • Add a separate wide-int path for exact ints that fit in int64_t.
  • Preserve current behavior for overflow, subclasses, and other non-exact-int cases.

Motivation:

  • Improve performance for wide integer add/sub without affecting the common compact-int hot path.
  • Avoid adding new opcodes in the compact-int path.
  • Fit within the current interpreter and specialization structure.

Benchmark evidence:

  • I prototyped this locally with a benchmark covering compact and wide add/sub cases.
  • Wide cases improved substantially, while compact cases remained effectively flat.
  • Representative interpreter-only results with JIT disabled:
    • add_wide: about 25% faster
    • sub_wide: about 35% faster
    • add_compact/sub_compact: effectively unchanged

Benchmark script used locally:

"""Microbenchmark compact vs wide int add/sub with pyperf.

Use this with PYTHON_JIT=0 and -S if you want a stable interpreter-only run:

    PYTHON_JIT=0 ./python.exe -S Tools/scripts/bench_wide_int_pyperf.py
"""

from __future__ import annotations

import pyperf


def bench_add_compact() -> int:
    a = 1
    b = 2
    return a + b


def bench_add_wide() -> int:
    a = 10_000_000_000
    b = 1
    return a + b


def bench_sub_compact() -> int:
    a = 1
    b = 2
    return a - b


def bench_sub_wide() -> int:
    a = 10_000_000_000
    b = 1
    return a - b


def main() -> None:
    runner = pyperf.Runner()
    runner.bench_func("add_compact", bench_add_compact)
    runner.bench_func("add_wide", bench_add_wide)
    runner.bench_func("sub_compact", bench_sub_compact)
    runner.bench_func("sub_wide", bench_sub_wide)


if __name__ == "__main__":
    main()
Linked PRs
  • gh-151290

Guía de contribución

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Primeros pasos

  1. Lee el issue completo y luego la guía de contribución del proyecto.
  2. Comenta en el issue que vas a ocuparte — evita que dos personas hagan lo mismo.
  3. Haz un fork del repositorio y trabaja en una rama.
  4. Abre un pull request que haga referencia al número del issue.

Línea de trabajo

Empieza revisando el PR vinculado gh-151290 y, después, inspecciona la estructura de especialización del intérprete descrita en el issue. Ejecuta Tools/scripts/bench_wide_int_pyperf.py con PYTHON_JIT=0 y -S para comparar los casos de add/sub compact y wide. Se considera terminado cuando los operandos wide compatibles con int64 usan un fast path, mientras que el comportamiento de compact, overflow, subclass y non-exact-int permanece sin cambios.

Escrito por el modelo de indexación a partir del texto del issue.

Evaluación

Stack tecnológico
python
Área
performance
Tipo de issue
Refactorización
Dificultad
4/5
Tiempo estimado
3-5 días
Estado de actividad
Estancado
Claridad
Bastante claro
Aptitud para principiantes
25/100

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