簡(jiǎn)介Python虛擬機(jī)中的Python運(yùn)行環(huán)境
其實(shí)Python運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)全局性的概念，而執(zhí)行環(huán)境實(shí)際就是一個(gè)棧幀，是Code Block對(duì)應(yīng)的概念，兩者之間存在著本質(zhì)上的區(qū)別，在以后的運(yùn)行操作過(guò)程中就可以了解到他們呢兩者之間的不同。
運(yùn)行時(shí)環(huán)境的初始化過(guò)程非常地復(fù)雜，后面將用單獨(dú)的一章來(lái)剖析，這里假設(shè)初始化的動(dòng)作已經(jīng)完成，我們已經(jīng)站在了Python虛擬機(jī)的門(mén)檻外，只需要輕輕推動(dòng)一下***張骨牌，整個(gè)執(zhí)行過(guò)程就像多米諾骨牌一樣，一環(huán)扣一環(huán)地展開(kāi)。
這個(gè)推動(dòng)***張骨牌的地方在一個(gè)名叫PyEval_EvalFramEx的函數(shù)中，這個(gè)函數(shù)實(shí)際上就是Python的虛擬機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)非常巨大的函數(shù)，因此我們?cè)诹谐銎渲械脑创a時(shí)和以前有些不同。
PyEval_EvalFrameEx首先會(huì)初始化一些變量，其中PyFrameObject對(duì)象中的PyCodeObject對(duì)象包含的重要信息都被照顧到了。當(dāng)然，另一個(gè)重要的動(dòng)作就是初始化了堆棧的棧頂指針，使其指向f->f_stacktop：
- [PyEval_EvalFrameEx in ceval.c]
- co = f->f_code;
- names = co->co_names;
- coconsts = co->co_consts;
- ffastlocals = f->f_localsplus;
- ffreevars = f->f_localsplus + co->co_nlocals;
- first_instr = (unsigned char*)PyString_AS_STRING(co->co_code);
- next_instr = first_instr + f->f_lasti + 1;
- stack_pointer = f->f_stacktop;
- f->f_stacktop = NULL; /* remains NULL unless yield suspends frame */
前面我們說(shuō)過(guò)，在PyCodeObject對(duì)象的co_code域中保存著字節(jié)碼指令和字節(jié)碼指令的參數(shù)，Python虛擬機(jī)執(zhí)行字節(jié)碼指令序列的過(guò)程就是從頭到尾遍歷整個(gè)co_code、依次執(zhí)行字節(jié)碼指令的過(guò)程。
在Python運(yùn)行環(huán)境的虛擬機(jī)中，利用3個(gè)變量來(lái)完成整個(gè)遍歷過(guò)程。co_code實(shí)際上是一個(gè)PyStringObject對(duì)象，而其中的字符數(shù)組才是真正有意義的東西。這也就是說(shuō)，整個(gè)字節(jié)碼指令序列實(shí)際上就是一個(gè)在C中普普通通的字符數(shù)組。因此，遍歷過(guò)程中所使用的這3個(gè)變量都是char*類(lèi)型的變量：first_instr永遠(yuǎn)指向字節(jié)碼指令序列的開(kāi)始位置；
next_instr永遠(yuǎn)指向下一條待執(zhí)行的字節(jié)碼指令的位置；f_lasti指向上一條已經(jīng)執(zhí)行過(guò)的字節(jié)碼指令的位置。展示了這3個(gè)變量在遍歷中某時(shí)刻的情形：
- [ceval.c]
- /* Interpreter main loop */
- PyObject* PyEval_EvalFrameEx(PyFrameObject *f, int throwflag)
- {
- ……
- why = WHY_NOT;
- ……
- for (;;) {
- ……
- fast_next_opcode:
- f->f_lasti = INSTR_OFFSET();
- //獲得字節(jié)碼指令
- opcode = NEXTOP();
- oparg = 0;
- //如果指令需要參數(shù)，獲得指令參數(shù)
- if (HAS_ARG(opcode))
- oparg = NEXTARG();
- dispatch_opcode:
- switch (opcode) {
- case NOP:
- goto fast_next_opcode;
- case LOAD_FAST:
- ……
- }
- }
那么這個(gè)一步一步的動(dòng)作是如何完成的呢，我們來(lái)看一看Python運(yùn)行環(huán)境執(zhí)行字節(jié)碼指令的整體架構(gòu)，其實(shí)就是一個(gè)for循環(huán)加上一個(gè)巨大的switch/case結(jié)構(gòu)，熟悉Windows SDK編程的朋友可以想象一下Windows下那個(gè)巨大的消息循環(huán)，就是那樣的結(jié)構(gòu)。在對(duì)PyCodeObject對(duì)象的分析中我們說(shuō)過(guò)，Python的字節(jié)碼有的是帶參數(shù)的，有的是沒(méi)有參數(shù)的，而判斷是否帶參字節(jié)碼是通過(guò)HAS_ARG這個(gè)宏實(shí)現(xiàn)的。
注意，對(duì)不同的字節(jié)碼指令，由于存在是否需要指令參數(shù)的區(qū)別，所以next_instr的位移可能是不同的。但是無(wú)論如何，next_instr總是指向Python下一條要執(zhí)行的字節(jié)碼，這很像x86平臺(tái)上的那個(gè)PC寄存器。
Python在獲得了一條字節(jié)碼指令和其需要的指令參數(shù)后，會(huì)對(duì)字節(jié)碼指令利用switch進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果選擇不同的case語(yǔ)句，每一條字節(jié)碼指令都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)case語(yǔ)句。在case語(yǔ)句中，就是Python對(duì)字節(jié)碼指令的實(shí)現(xiàn)。
在成功執(zhí)行完一條字節(jié)碼指令后，Python運(yùn)行環(huán)境的執(zhí)行流程會(huì)跳轉(zhuǎn)到fast_next_opcode處，或者是for循環(huán)處，不管如何，Python接下來(lái)的動(dòng)作都是獲得下一條字節(jié)碼指令和指令參數(shù)，完成對(duì)下一條指令的執(zhí)行。如此一條一條地遍歷co_code中包含的所有字節(jié)碼指令，最終完成了對(duì)Python程序的執(zhí)行。
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