python 内核分析（十一）：Python 虚拟机的表达式

本系列作为本人@takooctopus深入学习python机制的记录，这个博客遵照着栖迟于一丘的博客上面的流程进行的，也包含我在实际查看源码时的感想，特此列出，表示感谢。

内建对象及其创建

我们定义一个简单的文件


{{- code -}}

我们使用下面的语句访问


{{- code -}}

最后我们得到最终的输出：


{{- code -}}

除开这些属性后，我们再去看这段代码的字节码:


{{- code -}}

上面就是foo.py所生成的字节码


{{- code -}}

对应第一行


{{- code -}}

同样的，我们去[Python/ceval.c/_PyEval_EvalFrameDefault()]中寻找:


{{- code -}}

其上半句是取出常数的，GETITEM()相当于GETITEM(consts,1),并将这个对象压入时栈。

假设当前时栈对象PyFrameObject是f，consts就相当于f->f_code->co_consts。

在压入时栈后，虚拟机就需要为local命名空间中创造一个与其相映射的符号i。


{{- code -}}

我们可以看见names也就是f->f_code->co_names即符号表

ns是f->f_locals是本地命名空间，而NAMESPACE都是一个dict对象，保存了一个变量和值的映射关系。

第二行对于字符串变量的赋值也差不多，仅仅是索引的变化


{{- code -}}

第三行l = [] 创建了一个list


{{- code -}}

其中调用的是BUILD_LIST：


{{- code -}}

这里会新建一个list，并在如果参数为空的时候直接压入栈中，反之如果参数不为空，就会从栈中弹出元素，加入这个list。

第四行的d = {}会创建一个dict，


{{- code -}}

我们看BUILD_MAP所对应的case


{{- code -}}

当执行完这一段Code Block后，python需要返回一些值


{{- code -}}

将其实际返回的值放在retval中，POP()从运行时栈中拉出的，实际值是上次LOAD_CONST 2 (None)的，即最后返回一个None值。最后跳转至fast_block_end中。


{{- code -}}

将虚拟机状态设置为WHY_RETURN，进入最后end阶段

我们考虑建立一个新的非空list或者dict


{{- code -}}

我们同样的采用下面的代码查看：


{{- code -}}

我们查看结果:


{{- code -}}

我们可以看见常量表co_const和符号表co_names，注意常量表中的小整数是共用的，大整数不会。

以及其字节码


{{- code -}}

注意，在创建list时，即调用BUILD_LIST时传入参数2，之后会从栈帧中读出两个元素。

而创建dict时，会先将其值压入栈，再将其key压入栈，最后才创建dict。

我们看创建函数BUILD_CONST_KEY_MAP


{{- code -}}

这里继续使用了一段代码来看其实现：


{{- code -}}


{{- code -}}

以及其字节码


{{- code -}}

首先是一个LOAD_NAME这个指令，其会从符号表中取出变量值并压入栈中。


{{- code -}}

我们看到其采用了LGB原则去命名空间搜索变量。

数值相加是指令BINARY_ADD，其会先将a和b取出「LOAD_NAME」压入时栈，再进行加法


{{- code -}}

会判断左右类型，如果为字符串就进行字符串拼接，如果不是就进行PyNumber_Add进行数值相加。

而print()会先将print和c压入栈，再调用CALL_FUNCTION，其参数为1


{{- code -}}

我们可以看见其模拟了一个CPU的过程，使用call_function调用

其中会进行类型检查等一系列动作，最后调用builtin_print()函数输出