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pyexcelerate在写入Excel时为何效率高？

news 来源：原创 2025/5/2 7:42:09

Excel 文件格式本质：Excel 文件（.xlsx 格式）实际上是一个压缩的 XML 文件集合。pyexcelerate 直接生成这些 XML 文件，而不是依赖于 Excel 应用程序的 COM 接口（如 xlwt、openpyxl 早期版本那样）。

PyExcelerate 是一个专注于高效生成 Excel 文件（特别是 .xlsx 格式）的 Python 库，其核心原理和设计特点主要体现在以下几个方面：

1. 基于 XML 的直接生成机制

PyExcelerate 通过直接构建 Excel 文件内部的 XML 结构来实现数据写入，而非依赖传统库（如 openpyxl）的抽象层或 COM 接口。这种底层操作避免了中间转换的开销，从而显著提升了性能。例如：

跳过 SharedStrings 表：大多数 Excel 库会维护一个共享字符串表以减少重复字符串的存储，但 PyExcelerate 选择将字符串直接内联到单元格的 XML 中。这虽然会略微增加文件体积，但减少了内存操作和 XML 解析时间，大幅提升了写入速度5。

2. 批量数据优化处理

PyExcelerate 通过批量处理和缓存机制优化大规模数据的写入效率。例如：

内存管理：在生成大型文件时，PyExcelerate 的内存占用较低（测试中写入近 10 万行数据时峰值内存为 644MB，而 XlsxWriter 为 930MB）。
数据预编译：库内部会预先生成 XML 模板，仅替换动态内容部分，减少重复计算。

3. 高性能的底层实现

与其他库对比，PyExcelerate 的写入速度优势明显。例如在测试中，生成包含 97,613 行数据的文件时：

PyExcelerate 耗时约 54 秒，而 XlsxWriter 需要 117 秒5。
这种性能优势主要源于其优化的 C 扩展代码和对 Excel 文件结构的深度控制。

4. 轻量级 API 设计

PyExcelerate 的 API 设计简洁，专注于核心的写入功能，例如：

链式调用：支持类似 Workbook().add_sheet().write().save() 的链式语法，简化代码结构1。
样式与格式支持：允许通过 XFStyle 对象定义字体、边框等样式，但功能相对基础，适合快速生成标准化报表1。

5. 与同类库的对比

vs XlsxWriter：XlsxWriter 功能更全面（如图表、条件格式），但 PyExcelerate 在纯写入速度上更优5。
vs OpenPyXL：OpenPyXL 支持读写和复杂操作，但 PyExcelerate 专为高速写入设计，适合生成大数据量的报表5。

应用场景建议

推荐场景：需要快速生成大型 Excel 文件（如日志导出、批量数据报表）且对文件体积不敏感的情况。
不推荐场景：需要频繁修改现有文件、复杂格式（如动态图表）或读取操作的需求。

示例代码：

from pyexcelerate import Workbook

# 创建一个 Workbook 对象
wb = Workbook()

# 添加一个工作表
ws = wb.new_sheet('Sheet1')

# 写入数据
data = [
    ['姓名', '年龄', '性别'],
    ['张三', 25, '男'],
    ['李四', 30, '女']
]
ws.range('A1', (len(data), len(data[0]))).value = data

# 保存文件
wb.save('example.xlsx')

关于Excel是多个xml文件集合的验证方法：

将一个Excel的后缀改为.zip，然后解压，就可以看到里面全是xml。

总结一下，主要有以下几点：

1.基于Excel文件的本质是由xml文件压缩而来，基于 OpenXML 标准直接进行底层对xml的操作，而非使用传统的Excel提供的抽象层COM接口进行转换，更加精细化控制减少中间开销；

2. 关键部分使用 C 语言编写的扩展模块 显著提升了性能，C 扩展直接操作内存，避免了 Python 的动态类型检查和垃圾回收（GC）开销。对性能敏感的循环（如遍历单元格数据、生成 XML 标签）使用 C 实现。

3.最小化XML冗余：传统库（如 OpenPyXL）会生成完整的 XML 节点树，而 PyExcelerate 通过预编译静态 XML 模板（如工作表头、样式定义），仅在运行时填充动态内容（如单元格数据），减少 XML 生成的计算量

4.流式写入：

大多数库需要将整个 XML 内容加载到内存后再写入文件，而 PyExcelerate 采用流式写入策略：

将文件拆分为多个 XML 部分（如 sheet1.xml, styles.xml）。
按需生成数据块，直接写入磁盘，避免一次性占用大量内存。

5.绕过sharedstrings:

传统机制：Excel 文件通常通过 sharedStrings.xml 存储重复字符串以节省空间，但维护此表需要频繁的哈希查找和内存更新。
PyExcelerate 的策略：直接将字符串内联到单元格 XML 中，虽然增加约 10%-20% 的文件体积，但避免了以下开销：
- 哈希表插入/查询操作。
- 多线程环境下的锁竞争（SharedStrings 表需线程安全）。