浅谈Python xlwings 读取Excel文件的正确姿势

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

使用Python加载最新的Excel读取类库xlwings可以说是Excel数据处理的利器，但使用起来还是有一些注意事项，否则高大上的Python会跑的比老旧的VBA还要慢。

这里我们对比一下，用几种不同的方法，从一个Excel表格中读取一万行数据，然后计算结果，看看他们的耗时。

1. 处理要求：

一个Excel表格中包含了3万条记录，其中B，C两个列记录了某些计算值，读取前一万行记录，将这两个列的差值进行计算，然后汇总得出差的和。

文件是这个样子:Book300s.xlsx 。

2. 处理方式有以下3种，我们对比一下耗时的大小。

处理方式代码名称
1. 使用Python的xlwings类库，读取Excel文件，然后采用Excel的Sheet和Range的引用方式读取并计算XLS_READ_SHEET.py
2. 直接使用Excel自带的VBA语言进行计算VBA

3. 使用Python的xlwings类库，读取Excel文件，然后采用Python的自带数据类型List列表进行数据存储和计算

XLS_READ_LIST.py

3. 首先测试第一种，XLS_READ_SHEET.py

使用Python的xlwings类库，读取Excel文件，然后引用Excel的Sheet和Range的方式来读取并计算

#coding=utf-8
import xlwings as xw
import pandas as pd
import time
start_row = 2 # 处理Excel文件开始行
end_row = 10002 # 处理Excel结束行
#记录打开表单开始时间
start_open_time = time.time()
#指定不显示地打开Excel，读取Excel文件
app = xw.App(visible=False, add_book=False)
wb = app.books.open('D:/PYTHON/TEST_CODE/Book300s.xlsx') # 打开Excel文件
sheet = wb.sheets[0] # 选择第0个表单
#记录打开Excel表单结束时间
end_open_time = time.time()
#记录开始循环计算时间
start_run = time.time()
row_content = []
#读取Excel表单前10000行的数据，Python的in range是左闭右开的,到10002结束,但区间只包含2到10001这一万条
for row in range(start_row, end_row):
  row_str = str(row)
  #循环中引用Excel的sheet和range的对象，读取B列和C列的每一行的值，对比计算
  start_value = sheet.range('B' + row_str).value
  end_value = sheet.range('C' + row_str).value
  if start_value <= end_value:
    values = end_value - start_value
    #同时测试List数组添加记录
    row_content.append(values)
#计算和
total_values = sum(row_content)
#记录结束循环计算时间
end_run = time.time()
sheet.range('E2').value = str(total_values)
sheet.range('E3').value = '使用Sheet计算时间(秒):' + str(end_run - start_run)
#保存并关闭Excel文件
wb.save()
wb.close()
print ('结果总和:', total_values)
print ('打开并读取Excel表单时间(秒):',  end_open_time - start_open_time)
print ('计算时间(秒):',  end_run - start_run)
print ('处理数据条数:' , len(row_content))

用Python直接访问Sheet和Range取值的计算结果如下：

读取Excel文件用时 4.47秒

处理Excel 10000 行数据花费了117秒的时间。

4. 然后我们用Excel自带的VBA语言来处理一下相同的计算。也是直接引用Sheet，Range等Excel对象，但VBA的数组功能实在是不好用，就不测试添加数组了。

Option Explicit
Sub VBA_CAL_Click()
  Dim i_count As Long
  Dim offset_value, total_offset_value As Double
  Dim st, et As Date
  st = Time()
  i_count = Sheets("Sheet1").Cells(Rows.Count, 1).End(xlUp).Row
  i_count = 10001
  For i_count = 2 To i_count
     If Range("C" & i_count).Value > Range("B" & i_count).Value Then
       offset_value = Range("C" & i_count).Value - Range("B" & i_count).Value
       total_offset_value = total_offset_value + offset_value
     End If
  Next i_count
  et = Time()
  Range("E2").Value = total_offset_value
  Range("E3").Value = et - st
  MsgBox "Result: " & total_offset_value & Chr(10) & "Running time: " & et - st
End Sub

VBA处理计算结果如下：

保存了3万条数据的Excel文件是通过手工打开的，在电脑上大概花费了8.2秒的时间

处理Excel 前10000行数据花费了1.16秒的时间。

5.使用Python的xlwings类库，读取Excel文件，然后采用Python的自带数据类型List进行数据存储和计算，计算完成后再将结果写到Excel表格中

#coding=utf-8
import xlwings as xw
import pandas as pd
import time
#记录打开表单开始时间
start_open_time = time.time()
#指定不显示地打开Excel，读取Excel文件
app = xw.App(visible=False, add_book=False)
wb = app.books.open('D:/PYTHON/TEST_CODE/Book300s.xlsx') # 打开Excel文件
sheet = wb.sheets[0] # 选择第0个表单
#记录打开Excel表单结束时间
end_open_time = time.time()
#记录开始循环计算时间
start_run = time.time()
row_content = []
#读取Excel表单前10000行的数据，并计算B列和C列的差值之和
list_value = sheet.range('A2:D10001').value
for i in range(len(list_value)):
   #使用Python的类库直接访问Excel的表单是很缓慢的，不要在Python的循环中引用sheet等Excel表单的单元格，
   #而是要用List一次性读取Excel里的数据，在List内存中计算好了，然后返回结果
   start_value = list_value[i][1]
   end_value = list_value[i][2]
   if start_value <= end_value:
     values = end_value- start_value
     #同时测试List数组添加记录
     row_content.append(values)
#计算和
total_values = sum(row_content)
#记录结束循环计算时间
end_run = time.time()
sheet.range('E2').value = str(total_values)
sheet.range('E3').value = '使用List 计算时间(秒):' + str(end_run - start_run)
#保存并关闭Excel文件
wb.save()
wb.close()
print ('结果总和:', total_values)
print ('打开并读取Excel表单时间(秒):',  end_open_time - start_open_time)
print ('计算时间(秒):',  end_run - start_run)
print ('处理数据条数:' , len(row_content))

用Python的LIST在内存中计算结果如下：

读取Excel文件用时 4.02秒

处理Excel 10000 行数据花费了 0.10 秒的时间。

6 结论：

Python操作Excel的类库有以往有 xlrd、xlwt、openpyxl、pyxll等，这些类库有的只支持读取，有的只支持写入，并且有的不支持Excel的xlsx格式等。

所以我们采用了最新的开源免费的xlwings类库，xlwings能够很方便的读写Excel文件中的数据，并支持Excel的单元格格式修改，也可以与pandas等类库集成使用。

VBA是微软Excel的原生二次开发语言，是办公和数据统计的利器，在金融，统计，管理，计算中应用非常广泛，但是VBA计算能力较差，支持的数据结构少，编辑器粗糙。

虽然VBA有很多不足，但是VBA的宿主Office Excel却是天才程序员基于C++开发的作品，稳定，高效，易用 。

有微软加持，VBA虽然数据结构少，运行速度慢，但访问自己Excel的Sheet，Range，Cell等对象却速度飞快，这就是一体化产品的优势。

VBA读取Excel的Range，Cell等操作是通过底层的API直接读取数据的，而不是通过微软统一的外部开发接口。所以Python的各种开源和商用的Excel处理类库如果和VBA来比较读写Excel格子里面的数据，都是处于劣势的（至少是不占优势的），例子2的VBA 花费了1.16秒就能处理完一万条数据。

Python基于开源，语法优美而健壮，支持面向对象开发，最重要的是，Python有丰富而功能强大的类库，支持多种工作场景的开发。

我们应该认识到，Excel对于Python而言，只是数据源文件的一种，当处理大量数据时，Python处理Excel就要把Excel当数据源来处理，一次性地读取数据到Python的数据结构中，而不是大量调用Excel里的对象，不要说频繁地写入Excel，就是频繁地读取Excel里面的某些单元格也是效率较低的。例子1的Python频繁读取Sheet，Range数据，结果花费了117秒才处理完一万条数据。

Python的计算效率和数据结构的操作方便性可比VBA强上太多，和VBA联合起来使用，各取所长是个好主意。

当Excel数据一次性读入Python的内存List数据结构中，然后基于自身的List数据结构在内存中计算，例子3的Python只用了 0.1秒就完成了一万条数据的计算并将结果写回Excel。

总结：

处理方式-计算Excel里的一万条记录的差值的总和效率
1. 使用Python的xlwings类库，采用Excel的Sheet和Range的引用方式，按行读取Excel文件的记录并计算差，计算用时 117秒
2. 直接使用Excel自带的VBA语言进行计算，也是采用Excel的Sheet和Range的引用方式，按行读取Excel文件的记录并计算很高 ，计算用时 1.16秒

3. 使用Python的xlwings类库，一次性读取Excel文件中的数据到Python的List数据结构中，然后在Python的List列表中进行数据存储和计算

最高，计算用时 0.1秒     

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