Question

我试图了解Python的工作原理（因为我一直都在使用它！）。根据我的理解，当你运行python script.py之类的东西时，脚本会被转换为字节码，然后解释器/ VM / CPython - 实际上只是一个C程序 - 读取python字节码并相应地执行程序。

如何读取此字节码？它是否类似于在C中读取文本文件的方式？我不确定Python代码是如何转换为机器代码的。是这样的情况，Python解释器（CLI中的python命令）实际上只是一个已经转换为机器代码的预编译C程序，然后python字节码文件只是通过该程序？换句话说，我的Python程序是否从未实际转换为机器代码？ python解释器是否已经在机器代码中，所以我的脚本永远不必是？

Answer 1

是的，您的理解是正确的。在CPython解释器中基本上（非常基本上）有一个巨大的switch语句，它说“如果当前的操作码是如此，那么就这样做”。

http://hg.python.org/cpython/file/3.3/Python/ceval.c#l790

其他实现，如Pypy，有JIT编译，即他们即时将Python翻译成机器代码。

Answer 2

如果要查看某些代码的字节码（无论是源代码，实时函数对象还是代码对象等），dis模块都会告诉您确切需要什么。例如：

>>> dis.dis('i/3')
  1           0 LOAD_NAME                0 (i)
              3 LOAD_CONST               0 (3)
              6 BINARY_TRUE_DIVIDE
              7 RETURN_VALUE

dis文档解释了每个字节码的含义。例如，LOAD_NAME：

将与co_names[namei]关联的值推送到堆栈。

要理解这一点，您必须知道字节码解释器是虚拟stack machine，而co_names是什么。 inspect模块文档有一个很好的表，显示了最重要的内部对象的最重要的属性，因此您可以看到co_names是code个对象的属性，它包含一个名字元组局部变量。换句话说，LOAD_NAME 0推送与第0个局部变量关联的值（并且dis有助于查找它并看到第0个局部变量名为'i'）。

这足以看到一串字节码是不够的;解释器还需要代码对象的其他属性，在某些情况下还需要函数对象的属性（也是本地和全局环境的来源）。

inspect模块还有一些工具可以帮助您进一步调查实时代码。

这足以弄清楚很多有趣的东西。例如，您可能知道Python在编译时计算出函数中的变量是本地的，闭包的还是全局的，这取决于您是否在函数体中的任何位置（以及任何nonlocal或{ {1}}陈述）;如果你编写三个不同的函数并比较它们的反汇编（以及相关的其他属性），你可以很容易地弄清楚它一定要做什么。

（这里有一点很难理解闭包单元。要真正得到这个，你需要有3个级别的函数，看看中间的那个函数如何为最里面的函数转发。）

要了解字节码的解释方式以及堆栈计算机的工作原理（在CPython中），您需要查看ceval.c源代码。 thy435和eyquem的回答已经涵盖了这一点。

了解如何读取global个文件只需要更多信息。 Ned Batchelder有一个很棒的（如果稍微过时的）博客文章The structure of .pyc files，它涵盖了所有棘手且没有很好记录的部分。（请注意，在3.3中，一些与导入相关的血腥代码已从C移到Python，这使得它更容易理解。）但基本上，它只是一些头信息和模块的pyc对象，序列化marshal。

要了解源如何编译为字节码，这是有趣的部分。

Design of CPython's Compiler解释了一切如何运作。（Python Developer's Guide的其他部分也很有用。）

对于早期的东西 - 标记和解析 - 你可以使用ast模块直接跳转到进行实际编译的时间点。然后参见compile.c了解AST如何转换为字节码。

宏可能有点难以解决，但是一旦你掌握了编译器如何使用堆栈下降到块中的想法，以及它如何使用那些code和朋友在当前发出字节码这一切都很有意义。

首先让大多数人惊讶的是功能的运作方式。函数定义的主体被编译成代码对象。然后将函数定义本身编译成代码（在封闭的函数体，模块等内部），在执行时，从该代码对象构建函数对象。（一旦你想到闭包必须如何工作，很明显为什么它会以这种方式工作。闭包的每个实例都是一个具有相同代码对象的独立函数对象。）

现在你已经准备好开始修补CPython来添加自己的语句，对吗？好吧，正如Changing CPython's Grammar所示，有很多东西要正确（如果你需要创建新的操作码，还有更多的东西）。你可能会发现学习PyPy以及CPython更容易，并且首先开始攻击PyPy，只有在你知道你正在做的事情是明智和可行的时候才会回到CPython。

Answer 3

阅读了thg4535的答案，我相信你会在ceval.c上找到有趣的以下解释：Hello, ceval.c!

这篇文章是Yaniv Aknin撰写的一系列文章的一部分，他是我的粉丝：Python's Innards

Python Bytecode究竟是如何在CPython中运行的？

3 个答案: