Python程序的执行原理

来源：互联网发布：mac 程序员编辑器编辑：程序博客网时间：2024/06/03 08:17

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。

typedef struct {
PyObject_HEAD
int co_argcount; /* 位置参数个数 */
int co_nlocals; /* 局部变量个数 */
int co_stacksize; /* 栈大小 */
int co_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 */
int co_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():
print s
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 object func at 0x2aaeeec57110, file ”test.py”, line 3>, 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

opcodeopargopcodeopcodeoparg…1 byte2 bytes1 byte1 byte2 bytes