1. 过程概述
Python先把代码(.py文件)编译成字节码,交给字节码虚拟机,然后虚拟机一条一条执行字节码指令,从而完成程序的执行。
2. 字节码
字节码在Python虚拟机程序里对应的是PyCodeObject对象。
.pyc文件是字节码在磁盘上的表现形式。
3. pyc文件
PyCodeObject对象的创建时机是模块加载的时候,即import。
Python test.py会对test.py进行编译成字节码并解释执行,但是不会生成test.pyc。
如果test.py加载了其他模块,如import util,Python会对util.py进行编译成字节码,生成util.pyc,然后对字节码解释执行。
如果想生成test.pyc,我们可以使用Python内置模块py_compile来编译。
加载模块时,如果同时存在.py和.pyc,Python会尝试使用.pyc,如果.pyc的编译时间早于.py的修改时间,则重新编译.py并更新.pyc。
4. PyCodeObject
Python代码的编译结果就是PyCodeObject对象。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
|
typedefstruct{
PyObject_HEAD
intco_argcount; /* 位置参数个数 */
intco_nlocals; /* 局部变量个数 */
intco_stacksize; /* 栈大小 */
intco_flags;
PyObject*co_code; /* 字节码指令序列 */
PyObject*co_consts; /* 所有常量集合 */
PyObject*co_names; /* 所有符号名称集合 */
PyObject*co_varnames; /* 局部变量名称集合 */
PyObject*co_freevars; /* 闭包用的的变量名集合 */
PyObject*co_cellvars; /* 内部嵌套函数引用的变量名集合 */
/* The rest doesn’t count for hash/cmp */
PyObject*co_filename; /* 代码所在文件名 */
PyObject*co_name; /* 模块名|函数名|类名 */
intco_firstlineno; /* 代码块在文件中的起始行号 */
PyObject*co_lnotab; /* 字节码指令和行号的对应关系 */
void*co_zombieframe; /* for optimization only (see frameobject.c) */
}PyCodeObject;
|
5. pyc文件格式
加载模块时,模块对应的PyCodeObject对象被写入.pyc文件,格式如下:
6. 分析字节码
6.1 解析PyCodeObject
Python提供了内置函数compile可以编译Python代码和查看PyCodeObject对象,如下:
Python代码[test.py]
|
s=”hello”
def func():
prints
func()
|
在Python交互式shell里编译代码得到PyCodeObject对象:
dir(co)已经列出co的各个域,想查看某个域直接在终端输出即可:
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’,<code objectfunc at0x2aaeeec57110,file”test.py”,line3>,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解释器会为函数也生成的字节码PyCodeObject对象,见上面的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,是一串二进制流,它的格式和解析方法见6.2。
6.2 解析指令序列
指令序列co_code的格式
opcode
oparg
opcode
opcode
oparg
…
1 byte |
2 bytes |
1 byte |
1 byte |
2 bytes |
|
Python内置的dis模块可以解析co_code,如下图:
test.py的指令序列
func函数的指令序列
第一列表示以下几个指令在py文件中的行号;
第二列是该指令在指令序列co_code里的偏移量;
第三列是指令opcode的名称,分为有操作数和无操作数两种,opcode在指令序列中是一个字节的整数;
第四列是操作数oparg,在指令序列中占两个字节,基本都是co_consts或者co_names的下标;
第五列带括号的是操作数说明。
7. 执行字节码
Python虚拟机的原理就是模拟可执行程序再X86机器上的运行,X86的运行时栈帧如下图:
假如test.py用C语言来实现,会是下面这个样子:
|
constchar*s=“hello”;
voidfunc(){
printf(“%s\n”,s);
}
intmain(){
func();
return0;
}
|
Python虚拟机的原理就是模拟上述行为。当发生函数调用时,创建新的栈帧,对应Python的实现就是PyFrameObject对象。
7.1 PyFrameObject
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
typedefstruct_frame{
PyObject_VAR_HEAD
struct_frame*f_back; /* 调用者的帧 */
PyCodeObject*f_code; /* 帧对应的字节码对象 */
PyObject*f_builtins; /* 内置名字空间 */
PyObject*f_globals; /* 全局名字空间 */
PyObject*f_locals; /* 本地名字空间 */
PyObject**f_valuestack; /* 运行时栈底 */
PyObject**f_stacktop; /* 运行时栈顶 */
…….
}
|
那么对应Python的运行时栈就是这样子:
7.2 执行指令
执行test.py的字节码时,会先创建一个栈帧,以下用f表示当前栈帧,执行过程注释如下:
test.py的符号名集合和常量集合
|
co.co_names (‘s’,’func’)
co.co_consts (‘hello’,<code objectfunc at0x2aaeeec57110,file”test.py”,line3>,None)
|
test.py的指令序列
上面的CALL_FUNCTION指令执行时,会创建新的栈帧,并执行func的字节码指令,以下用f表示当前栈帧,func的字节码执行过程如下:
func函数的符号名集合和常量集合
|
func.co_names (‘s’,)
func.co_consts (None,)
|
func函数的指令序列
7.3 查看栈帧
如果你想查看当前栈帧,Python提供了sys._getframe()方法可以获取当前栈帧,你只需要在代码里加入代码如下:
|
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的各个域
prints
|
分享到:
相关推荐
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
自从20世纪90年代初Python语言诞生至2022年,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。 Python教学简单易懂,零基础小白也可以学会,只要你有耐心学习从入门...
python基础知识(包括程序执行原理,算术运算符,变量的使用等) python基础知识(包括程序执行原理,算术运算符,变量的使用等) python基础知识(包括程序执行原理,算术运算符,变量的使用等) python基础知识...
3.1 Python程序执行原理 3.2 Python程序文件执行 3.3 Python程序交互式执行 4、 Python语法知识 4.1 基本语法 4.2 变量与数据类型 4.3 标识符与关键字 4.4 语句概述 4.5 输入与输出函数 5、 Python基本数据...
主要介绍了Python程序运行原理图文解析,分享了相关代码示例,小编觉得还是挺不错的,具有一定借鉴价值,需要的朋友可以参考下
python 运行原理 Python 是一种解释型语言,与其他编程语言不同,其程序的运行不需要先进行编译,而是由解释器将程序的代码逐行翻译为机器语言并执行。 Python 解释器主要有两种,分别是 CPython 和 Jython。...
Python入门基础教程全套 26M大文件,超详细教程 学习目标: 1、了解python发展历程、特点、应用领域 2、了解python程序执行原理 3、掌握python开发环境的配置 4、了解paycharm编写简单python程序
本文较为详细的分析了Python解释执行的原理,对于深入理解Python可以起到一定的帮助作用。具体分析如下: 首先,这里的解释执行是相对于编译执行而言的。我们都知道,使用C/C++之类的编译性语言编写的程序,是需要从...
具体的操作步骤如下: ...Python版本:Python 3.7。 开发工具:PyCharm 。 Python内置模块:os、time、datetime。 第三方模块:opencv-python、pandas、matplotlib、pygame、baidu-aip、xlrd。
python 运行原理 Python是一种高级编程语言,它的运行原理是通过解释器将Python代码转换为机器语言并执行。Python解释器是一种软件程序,它可以读取Python代码并将其转换为机器语言。Python解释器有多种实现,包括...
主要介绍了Python程序的执行原理,简要地描述了其中的步骤,需要的朋友可以参考下
学习目标: 1、了解python发展历程、特点、应用领域; 2、掌握python的执行原理; 3、掌握pycharm简单编写python程序; 4、了解python开发环境配置;
Python协程是一种特殊的函数,它可以将程序的执行流程暂停并保存到内存中,等到外部事件发生后再恢复执行。Python协程的实现原理是基于生成器的迭代器协议以及async/await关键字。这篇文章将介绍Python协程的实现...
教学大纲 课程编码:11215881 学时..." " "会简单使用PyCharm新建Python文件 " " "掌握Python程序的执行原理 " "知识点 "了解 "掌握 "重点 "难点 " "Python发展历程 " " " " " "Python特点 " " " " " "Python的应用领域
给python程序的部署带来不少的麻烦。所以就会出现一些py2exe之类的很不错的工具,用于自动把.py文件编译为.exe文件。 最近抽空研究了一下手动实现类似py2exe的功能,希望加强对python的了解。结果还相当不错。把结果...