Python程序的执行原理(1)

test.py的指令序列

func函数的指令序列

首先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：

1. const char *s = “hello”; 
2.  
3. void func() { 
4.     printf(“%s\n”, s); 
5. } 
6.  
7. int main() { 
8.     func(); 
9.     return 0; 
10. } 

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. typedef struct _frame { 
2.     PyObject_VAR_HEAD 
3.     struct _frame *f_back;    /* 调用者的帧 */ 
4.     PyCodeObject *f_code;     /* 帧对应的字节码对象 */ 
5.     PyObject *f_builtins;     /* 内置名字空间 */ 
6.     PyObject *f_globals;      /* 全局名字空间 */ 
7.     PyObject *f_locals;       /* 本地名字空间 */ 
8.     PyObject **f_valuestack;  /* 运行时栈底 */ 
9.     PyObject **f_stacktop;    /* 运行时栈顶 */ 
10.     ……. 
11. } 

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

1. co.co_names   (‘s’, ’func’) 
2. co.co_consts  (‘hello’, <code object func at 0x2aaeeec57110, file ”test.py”, line 3>, 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

1. func.co_names       (‘s’,) 
2. 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：

1. def func(): 
2.     import sys 
3.     frame = sys._getframe() 
4.     print frame.f_locals 
5.     print frame.f_globals 
6.     print frame.f_back.f_locals 
7.     #你可以打印frame的各个域 
8.     print s   

原文链接：https://tech.uc.cn/?p=1932

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