Python虚拟机中的一般表达式

Posted 2020-12-29 北洛

复杂内建对象的创建

在上一章Python虚拟机中的一般表达式（一）中，我们看到了Python是如何创建一个空的字典对象和列表对象，那么如果创建一个非空的字典对象和列表对象，Python的行为又是如何呢？demo2.py里面包含一个字典对象和列表对象，这两个对象都是在初始化时就包含元素，首先，我们看一下对应PyCodeObject中的符号表和常量表

# cat demo2.py 
i = 1
s = "Python"
d = {"1": 1, "2": 2}
l = [1, 2]
# python2.5
……
>>> source = open("demo2.py").read()
>>> co = compile(source, "demo2.py", "exec")
>>> co.co_names
(\'i\', \'s\', \'d\', \'l\')
>>> co.co_consts
(1, \'Python\', \'1\', 2, \'2\', None)

　　　　　　

其次，我们再用dis模块解释一下demo2.py所对应的字节码

>>> import dis
>>> dis.dis(co)
  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              3 STORE_NAME               0 (i)

  2           6 LOAD_CONST               1 (\'Python\')
              9 STORE_NAME               1 (s)

  3          12 BUILD_MAP                0
             15 DUP_TOP             
             16 LOAD_CONST               0 (1)
             19 ROT_TWO             
             20 LOAD_CONST               2 (\'1\')
             23 STORE_SUBSCR        
             24 DUP_TOP             
             25 LOAD_CONST               3 (2)
             28 ROT_TWO             
             29 LOAD_CONST               4 (\'2\')
             32 STORE_SUBSCR        
             33 STORE_NAME               2 (d)

  4          36 LOAD_CONST               0 (1)
             39 LOAD_CONST               3 (2)
             42 BUILD_LIST               2
             45 STORE_NAME               3 (l)
             48 LOAD_CONST               5 (None)
             51 RETURN_VALUE    

　　　　

现在，我们来分析一下Python虚拟机是如何创建包含元素的字典对象和列表对象

首先是字典对象：

d = {"1": 1, "2": 2}
//分析结果
1	 12 BUILD_MAP                0
	 15 DUP_TOP             
	 16 LOAD_CONST               0 (1)
	 19 ROT_TWO             
	 20 LOAD_CONST               2 (\'1\')
	 23 STORE_SUBSCR        
	 24 DUP_TOP             
	 25 LOAD_CONST               3 (2)
	 28 ROT_TWO             
	 29 LOAD_CONST               4 (\'2\')
	 32 STORE_SUBSCR        
	 33 STORE_NAME               2 (d)

　　　　

BUILD_MAP会创建一个空的字典，并压入运行时栈，这没什么可说的，我们看下BUILD_MAP之后的指令DUP_TOP

ceval.c

case DUP_TOP:
	v = TOP();
	Py_INCREF(v);
	PUSH(v);
	goto fast_next_opcode;

　　

DUP_TOP会获取栈顶的元素，增加其引用，又再一次将栈顶元素压入栈中，紧接着LOAD_CONST指令又会将1这个对象压入到运行时栈，那么我们来看下前3条指令执行完毕后运行时栈和名字空间的分布：

图1-1

Python虚拟机在接下来又执行指令ROT_TWO，我们再来看一下关于这条指令所做的内容：

ceval.c

case ROT_TWO:
	v = TOP();
	w = SECOND();
	SET_TOP(w);
	SET_SECOND(v);
	goto fast_next_opcode;

　　

ROT_TWO也是调用其他宏来完成任务的，我们看一下这几条宏的指令：

ceval.c

#define TOP()		(stack_pointer[-1])
#define SECOND()	(stack_pointer[-2])
#define SET_TOP(v)	(stack_pointer[-1] = (v))
#define SET_SECOND(v)	(stack_pointer[-2] = (v))

　　

原来ROT_TWO这条指令会取出运行时栈的第一个元素和第二个元素，然后将其位置对调，执行完ROT_TWO之后，我们再来看一下运行时栈和名字空间的分布：

图1-2

随后又执行了一条LOAD_CONST指令，将字符串\'1\'压入到运行时栈中，之后，又执行了STORE_SUBSCR这条指令，而正是这条指令将字符串"1"和整数值1之间的映射建立在之前的字典对象上，我们来看一下STORE_SUBSCR的内容：

case STORE_SUBSCR:
	w = TOP();
	v = SECOND();
	u = THIRD();
	STACKADJ(-3);
	/* v[w] = u */
	err = PyObject_SetItem(v, w, u);
	Py_DECREF(u);
	Py_DECREF(v);
	Py_DECREF(w);
	if (err == 0) continue;
	break;

　　

w是之前压入栈中的字符串"1"，而v是运行时栈的自栈顶开始的第二个元素，是字典对象，而u则是最早之前压入栈中的值，即为整数值1，通过PyObject_SetItem(v, w, u)建立字符串"1"和整数值1在字典上的映射关系。同理字符串"2"和整数值2也是基于一样的字节码建立的映射关系，最后执行STORE_NAME字节码，在名字空间上建立符号d和字典对象的映射

在成功创建字典对象后并赋予初值，还会创建列表对象，列表对象会先将初值用LOAD_CONST压入运行时栈，再调用BUILD_LIST时将栈中的元素一个个压入列表对象，BUILD_LIST的内容在上一章Python虚拟机中的一般表达式（一）中已经解释，这里不再重复

l = [1, 2]
//分析结果
4	 36 LOAD_CONST               0 (1)
	 39 LOAD_CONST               3 (2)
	 42 BUILD_LIST               2
	 45 STORE_NAME               3 (l)