Python 编译

青旅半醒 2022-07-15 02:23 77阅读 0赞

Python 实现了栈式虚拟机 (Stack-Based VM) 架构，通过与机器⽆无关的字节码来实现跨平台执⾏行  
能⼒力。这种字节码指令集没有寄存器，完全以栈 (抽象层⾯面) 进⾏行指令运算。尽管很简单，但对普通  
开发⼈人员⽽而⾔言，是⽆无需关⼼心的细节。  
要运⾏行 Python 语⾔言编写的程序，必须将源码编译成字节码。通常情况下，编译器会将源码转换成  
字节码后保存在 pyc ⽂文件中。还可⽤用 -O 参数⽣生成 pyo 格式，这是简单优化后的 pyc ⽂文件。  
编译发⽣生在模块载⼊入那⼀一刻。具体来看，⼜又分为 pyc 和 py 两种情况。  
载⼊入 pyc 流程：  
• 核对⽂文件 Magic 标记。  
• 检查时间戳和源码⽂文件修改时间是否相同，以确定是否需要重新编译。  
• 载⼊入模块。  
如果没有 pyc，那么就需要先完成编译：  
• 对源码进⾏行 AST 分析。  
• 将分析结果编译成 PyCodeObject。  
• 将 Magic、源码⽂文件修改时间、PyCodeObject 保存到 pyc ⽂文件中。  
• 载⼊入模块。  
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Magic 是⼀一个特殊的数字，由 Python 版本号计算得来，作为 pyc ⽂文件和 Python 版本检查标记。  
PyCodeObject 则包含了代码对象的完整信息。  
typedef struct \{  
PyObject\_HEAD  
int co\_argcount;? ? // 参数个数，不包括 \*args, \*\*kwargs。  
int co\_nlocals;? ? ? // 局部变量数量。  
int co\_stacksize;? ? // 执⾏行所需的栈空间。  
int co\_flags;? ? ? // 编译标志，在创建 Frame 时⽤用得着。  
PyObject \*co\_code;? ? // 字节码指令。  
PyObject \*co\_consts;? ? // 常量列表。  
PyObject \*co\_names;? ? // 符号列表。  
PyObject \*co\_varnames;? ? // 局部变量名列表。  
PyObject \*co\_freevars;? ? // 闭包: 引⽤用外部函数名字列表。  
PyObject \*co\_cellvars;? ? // 闭包: 被内部函数引⽤用的名字列表。  
PyObject \*co\_filename;? ? // 源码⽂文件名。  
PyObject \*co\_name;? ? // PyCodeObject 的名字，函数名、类名什么的。  
int co\_firstlineno;? ? // 这个 PyCodeObject 在源码⽂文件中的起始位置，也就是⾏行号。  
PyObject \*co\_lnotab;? ? // 字节码指令偏移量和源码⾏行号的对应关系，反汇编时⽤用得着。  
void \*co\_zombieframe; ? // 为优化准备的特殊 Frame 对象。  
PyObject \*co\_weakreflist;? // 为弱引⽤用准备的...  
\} PyCodeObject;  
⽆无论是模块还是其内部的函数，都被编译成 PyCodeObject 对象。内部成员都嵌套到 co\_consts  
列表中。  
>>> pycat test.py  
"""  
Hello, World!  
"""  
def add(a, b):  
return a + b  
c = add(10, 20)  
>>> code = compile(open("test.py").read(), "test.py", "exec")  
>>> code.co\_filename, code.co\_name, code.co\_names  
('test.py', '<module>', ('\_\_doc\_\_', 'add', 'c'))  
>>> code.co\_consts  
('\\n Hello, World!\\n', <code object add at 0x105b76e30, file "test.py", line 5>, 10,  
20, None)  
>>> add = code.co\_consts\[1\]  
>>> add.co\_varnames  
('a', 'b')  
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除了内置 compile 函数，标准库⾥里还有 py\_compile、compileall 可供选择。  
>>> import py\_compile, compileall  
>>> py\_compile.compile("test.py", "test.pyo")  
>>> ls  
main.py\*? test.py? ? test.pyo  
>>> compileall.compile\_dir(".", 0)  
Listing . ...  
Compiling ./main.py ...  
Compiling ./test.py ...  
如果对 pyc ⽂文件格式有兴趣，但⼜又不想看 C 代码，可以到 /usr/lib/python2.7/compiler ⺫⽬目录⾥里  
寻宝。⼜又或者你对反汇编、代码混淆、代码注⼊入等话题更有兴趣，不妨看看标准库⾥里的 dis。