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...
本教程将带领读者了解 Python 的发展历程、特点、应用领域,并指导读者掌握 PyCharm 编写简单 Python 程序、Python 开发环境的配置和 Python 程序执行原理等内容。 一、Python 发展历程 Python 的创始人是荷兰的 ...
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...
Python程序执行原理可以分为三个阶段:解释、编译和执行。在解释阶段,Python解释器将源代码解释为字节码;在编译阶段,字节码被编译为机器代码;在执行阶段,机器代码被执行。 Python语法变更 Python 2.x和Python...
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...
Python 程序执行时间分析器 Chronic 是一个用于度量和分析 Python 代码运行时间的工具。Chronic 提供了一种简洁的方式来跟踪和记录代码执行的耗时,这对于优化性能和理解程序瓶颈至关重要。它不同于基本的计时器,...
Python 程序执行原理 Python 程序的执行原理是通过解释器来执行的。Python 解释器将源代码转换为字节码,然后执行字节码。PyCharm 等 IDE 提供了调试功能,允许开发者逐步执行代码、检查变量值等。 Python 语法...
Python程序执行原理: * 解释器将源代码翻译成字节码 * 由虚拟机解释执行 Python程序的执行方式: * Python程序文件执行方式 * Python程序交互执行方式 编写一个简单的Python程序: * 使用IDLE程序打开新窗口 *...
5. **Python程序执行原理**:Python程序执行时,解释器会逐行读取并执行代码。Python的执行过程包括词法分析、语法分析、编译成字节码,然后通过Python虚拟机(PVM)执行。Python 2.x和3.x之间存在一些语法差异,...
* Python 程序执行原理 2. Python 语法基础:掌握 Python 中的变量和变量类型,标识符,关键字,运算符等基础知识。 知识点: * 变量 * 标识符和关键字 * 整型、浮点型、布尔类型、复数类型 * 数字类型转换 * ...
"好玩的python程序的实现(有注释,80多个)"这个压缩包文件就提供了这样一个丰富的资源库,适合Python初学者深入理解和实践。下面我们将详细探讨这些程序可能包含的知识点。 首先,基础语法是Python学习的核心部分...
在开发大型Python程序时,向用户展示程序的执行进度不仅可以提升用户体验,还能避免用户误以为程序出现了死锁或无响应的情况。本篇文章将详细介绍如何在Python中实现输出程序执行进度百分比的功能,并提供具体的代码...
《Python程序设计基础第二版》是由董付国编著的一部深入浅出的Python学习教材,特别适合初学者。此套PPT涵盖了Python语言的基础到进阶内容,不仅讲解了Python的基本语法,还涉及到了一些高级主题,如数据库操作、...
Python程序的运行原理是理解其工作方式的关键,它与编译型语言如C语言有着显著的区别。Python是一种解释型语言,这意味着它的代码不需要预先编译成机器可执行的二进制代码,而是由Python虚拟机(Python Virtual ...