简述python执行原理_Python程序的执行原理(1)（2）
Python程序的執(zhí)行原理(1)（2）
1. 過(guò)程概述
Python先把代碼（.py文件）編譯成字節(jié)碼，交給字節(jié)碼虛擬機(jī)，然后虛擬機(jī)一條一條執(zhí)行字節(jié)碼指令，從而完成程序的執(zhí)行。
2. 字節(jié)碼
字節(jié)碼在Python虛擬機(jī)程序里對(duì)應(yīng)的是PyCodeObject對(duì)象。
.pyc文件是字節(jié)碼在磁盤(pán)上的表現(xiàn)形式。
3. pyc文件
PyCodeObject對(duì)象的創(chuàng)建時(shí)機(jī)是模塊加載的時(shí)候，即import。
Python test.py會(huì)對(duì)test.py進(jìn)行編譯成字節(jié)碼并解釋執(zhí)行，但是不會(huì)生成test.pyc。
如果test.py加載了其他模塊，如import util，Python會(huì)對(duì)util.py進(jìn)行編譯成字節(jié)碼，生成util.pyc，然后對(duì)字節(jié)碼解釋執(zhí)行。
如果想生成test.pyc，我們可以使用Python內(nèi)置模塊py_compile來(lái)編譯。
加載模塊時(shí)，如果同時(shí)存在.py和.pyc，Python會(huì)嘗試使用.pyc，如果.pyc的編譯時(shí)間早于.py的修改時(shí)間，則重新編譯.py并更新.pyc。
4. PyCodeObject
Python代碼的編譯結(jié)果就是PyCodeObject對(duì)象。
typedef struct {
PyObject_HEAD
int co_argcount; /* 位置參數(shù)個(gè)數(shù) */
int co_nlocals; /* 局部變量個(gè)數(shù) */
int co_stacksize; /* 棧大小 */
int co_flags;
PyObject *co_code; /* 字節(jié)碼指令序列 */
PyObject *co_consts; /* 所有常量集合 */
PyObject *co_names; /* 所有符號(hào)名稱(chēng)集合 */
PyObject *co_varnames; /* 局部變量名稱(chēng)集合 */
PyObject *co_freevars; /* 閉包用的的變量名集合 */
PyObject *co_cellvars; /* 內(nèi)部嵌套函數(shù)引用的變量名集合 */
/* The rest doesn’t count for hash/cmp */
PyObject *co_filename; /* 代碼所在文件名 */
PyObject *co_name; /* 模塊名|函數(shù)名|類(lèi)名 */
int co_firstlineno; /* 代碼塊在文件中的起始行號(hào) */
PyObject *co_lnotab; /* 字節(jié)碼指令和行號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 */
void *co_zombieframe; /* for optimization only (see frameobject.c) */
} PyCodeObject;
5. pyc文件格式
加載模塊時(shí)，模塊對(duì)應(yīng)的PyCodeObject對(duì)象被寫(xiě)入.pyc文件，格式如下：
6. 分析字節(jié)碼
6.1 解析PyCodeObject
Python提供了內(nèi)置函數(shù)compile可以編譯Python代碼和查看PyCodeObject對(duì)象，如下：
Python代碼[test.py]
s = ”hello”
def func():
print s
func()
在Python交互式shell里編譯代碼得到PyCodeObject對(duì)象:
dir(co)已經(jīng)列出co的各個(gè)域，想查看某個(gè)域直接在終端輸出即可：
test.py的PyCodeObject
co.co_argcount 0
co.co_nlocals 0
co.co_names (‘s’, ’func’)
co.co_varnames (‘s’, ’func’)
co.co_consts (‘hello’, , None)
co.co_code ’d\x00\x00Z\x00\x00d\x01\x00\x84\x00\x00Z\x01\x00e\x01\x00\x83\x00\x00\x01d\x02\x00S’
Python解釋器會(huì)為函數(shù)也生成的字節(jié)碼PyCodeObject對(duì)象，見(jiàn)上面的co_consts[1]
func的PyCodeObject
func.co_argcount 0
func.co_nlocals 0
func.co_names (‘s’,)
func.co_varnames ()
func.co_consts (None,)
func.co_code ‘t\x00\x00GHd\x00\x00S’
co_code是指令序列，是一串二進(jìn)制流，它的格式和解析方法見(jiàn)6.2。
6.2 解析指令序列
指令序列co_code的格式
opcodeopargopcodeopcodeoparg…
1 byte
2 bytes
1 byte
1 byte
2 bytes
test.py的指令序列
func函數(shù)的指令序列
第一列表示以下幾個(gè)指令在py文件中的行號(hào);
第二列是該指令在指令序列co_code里的偏移量;
第三列是指令opcode的名稱(chēng)，分為有操作數(shù)和無(wú)操作數(shù)兩種，opcode在指令序列中是一個(gè)字節(jié)的整數(shù);
第四列是操作數(shù)oparg，在指令序列中占兩個(gè)字節(jié)，基本都是co_consts或者co_names的下標(biāo);
第五列帶括號(hào)的是操作數(shù)說(shuō)明。
7. 執(zhí)行字節(jié)碼
Python虛擬機(jī)的原理就是模擬可執(zhí)行程序再X86機(jī)器上的運(yùn)行，X86的運(yùn)行時(shí)棧幀如下圖：
假如test.py用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，會(huì)是下面這個(gè)樣子：
const char *s = “hello”;
void func() {
printf(“%s\n”, s);
}
int main() {
func();
return 0;
}
Python虛擬機(jī)的原理就是模擬上述行為。當(dāng)發(fā)生函數(shù)調(diào)用時(shí)，創(chuàng)建新的棧幀，對(duì)應(yīng)Python的實(shí)現(xiàn)就是PyFrameObject對(duì)象。
7.1 PyFrameObject
typedef struct _frame {
PyObject_VAR_HEAD
struct _frame *f_back; /* 調(diào)用者的幀 */
PyCodeObject *f_code; /* 幀對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼對(duì)象 */
PyObject *f_builtins; /* 內(nèi)置名字空間 */
PyObject *f_globals; /* 全局名字空間 */
PyObject *f_locals; /* 本地名字空間 */
PyObject **f_valuestack; /* 運(yùn)行時(shí)棧底 */
PyObject **f_stacktop; /* 運(yùn)行時(shí)棧頂 */
…….
}
那么對(duì)應(yīng)Python的運(yùn)行時(shí)棧就是這樣子：
7.2 執(zhí)行指令
執(zhí)行test.py的字節(jié)碼時(shí)，會(huì)先創(chuàng)建一個(gè)棧幀，以下用f表示當(dāng)前棧幀，執(zhí)行過(guò)程注釋如下：
test.py的符號(hào)名集合和常量集合
co.co_names (‘s’, ’func’)
co.co_consts (‘hello’, , None)
test.py的指令序列
上面的CALL_FUNCTION指令執(zhí)行時(shí)，會(huì)創(chuàng)建新的棧幀，并執(zhí)行func的字節(jié)碼指令，以下用f表示當(dāng)前棧幀，func的字節(jié)碼執(zhí)行過(guò)程如下：
func函數(shù)的符號(hào)名集合和常量集合
func.co_names (‘s’,)
func.co_consts (None,)
func函數(shù)的指令序列
7.3 查看棧幀
如果你想查看當(dāng)前棧幀，Python提供了sys._getframe()方法可以獲取當(dāng)前棧幀，你只需要在代碼里加入代碼如下：
def func():
import sys
frame = sys._getframe()
print frame.f_locals
print frame.f_globals
print frame.f_back.f_locals
#你可以打印frame的各個(gè)域
print s
原文鏈接：http://tech.uc.cn/?p=1932
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的简述python执行原理_Python程序的执行原理(1)（2）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
- 上一篇： 上海建桥学院linux网络管理实验报告,
- 下一篇： websocket python爬虫_p