理解 Python 的执行方式,与字节码 bytecode 玩耍 (上)

这里有个博客讲 Python 内部机制,已经有一些中文翻译

可能因为我用的Python 3.5,例子跑起来有些不一样。

此外,我又查了其他一些参考资料,总结如下:

 

Python 的执行方式

 

先看一个比较详细的步骤分解:

 

>>> a = "hello"

输入这行代码之后,你一按回车,Python就会执行四步操作:

 

1  lexing: 词法分析,就是把一个句子分解成 token。大致来说,就是用str.split()可以实现的功能。            

2  parsing:解析,就是把这些 token 组装成一个逻辑结构。

3  compiling:编译,把这个逻辑结构转化成一个或者多个code object (代码对象)

4  interpreting:解释,执行每个code object 代表的代码。

 

还有一种比较简单的说法是这样的:

Python 程序的执行过程就是,它先把代码编译成 bytecode (字节码)指令,交给虚拟机,逐条执行 bytecode 指令。

 

这两种说法基本上是一样的,只是存在一个code object 和 bytecode 的差异。那么它们之间存在怎样的关系呢?

从操作上说,bytecode 可以在 code object 的属性中找到。

 

分清function object、code object ,以及 bytecode

 

>>> def double(a):
    return a*2

>>> double
<function double at 0x000001D8082E48C8>

为什么粘贴到这里对齐会是这样?先不管了。

从上面可以看到,定义一个函数之后,它就成了一个function object (函数对象)。只要不使用函数调用符号——也就是小括号——这个函数就不会执行。

但是它已经被编译了,可以通过这个function object 的__code__ 属性找到它的 code object 

 

>>> def double(a):
return a*2

>>> double
<function double at 0x00000169C5F7FF28>

>>> type (double)
<class 'function'>


>>> double.__code__  #找到double 函数对象的 code object

<code object double at 0x00000169C5F36AE0, file "<pyshell#58>", line 1>


>>> type(double.__code__)
<class 'code'>

最后一行可以看到, code object 的类型是 ‘code’ 

前面说过,bytecodecode object 的一个属性的值。这个属性名为 co_code

code object 的co_code属性里面,存放了一个字符串,它就是bytecode 序列:

>>> double.__code__.co_code
b'|\x00\x00d\x01\x00\x14S'

 

bytecode 是几个意思?

>>> double.__code__.co_code
b'|\x00\x00d\x01\x00\x14S'
>>> type(double.__code__.co_code)
<class 'bytes'>
>>> len(double.__code__.co_code)
8

它的类型是‘bytes’ ,长度是8。 你可能觉得奇怪,这个8是怎么数出来的?

注意: Python 3 中 str 类型大致相当于 Python 2 中的unicode 类型,但是 Python 3 中 bytes 类型并不是Python 2 中的 str 类型改了个名字。

bytes 是二进制序列,它的每个元素都是一个整数,值在0-255之间。

>>> for i in double.__code__.co_code:
    print (i, end="    ")

    
124    0    0    100    1    0    20    83   
>>> double.__code__.co_code[-1] 83

 

是不是正好8个元素? 第一个是124,最后一个是83

>>> chr(124)
'|'
>>> chr(83)
'S'

 

这里是一个很让人迷惑的地方:为什么要把 '|' 、'S'这样的字符和 x00 这样的十六进制表示混在一起?这其实只是Python 在显示 bytes 类型的对象给你看的时候,会把ASCII 码范围内的十六进制元素直接用ASCII 字符显示出来。就像你们学校的成绩光荣榜上,前20名会显示照片,第21名之后只显示名字了。人家的显示方法就是这样。

 

这段 bytecode 由8个整数组成,每个整数都有深刻的含义,不亚于昆汀的《八恶人》

可能你已经猜到,其中必定有一些代表着指令,整数是一个字典中的键,我们需要的是这个字典中的值,也就是指令的名字

这个字典就在文件opcode.py里。

def_op('LOAD_CONST', 100)       # Index in const list
def_op('BUILD_TUPLE', 102)      # Number of tuple items
def_op('BUILD_LIST', 103)       # Number of list items
def_op('BUILD_SET', 104)        # Number of set items

好像……这些整数才是键值对里的值,我们需要的是键。

有一个方法帮你找出值 (不要忘了先 import opcode)

>>> opcode.opmap["LOAD_FAST"]
124
>>> opcode.opmap["RETURN_VALUE"]
83

找值好像没什么意思嘛,我们更需要的是找到键。

>>> opcode.opname[83]
'RETURN_VALUE'
>>> opcode.opname[124]
'LOAD_FAST'


其实找键也不需要,Python 有个dis反汇编工具可以用 (不要忘了先 import dis)
>>> dis.dis(double)
  2           0 LOAD_FAST                0 (a)
              3 LOAD_CONST               1 (2)
              6 BINARY_MULTIPLY
              7 RETURN_VALUE

再回头看看那8个整数(这就是 bytecode的意思 —— 用for循环把 bytecode 迭代一遍得到的数字,代表一个指令序列 )


124 0 0 100 1 0 20 83
偏移量  0     1    2     3     4    5    6     7 


很明显,第2列 的0 3 6 7 ,就是每个字节的偏移量咯


下篇在这里

 

posted @ 2016-05-04 21:01  Brucie  阅读(...)  评论(...编辑  收藏