Python如何生成字节码文件

‘壹’ 关于python里的操作

我转载下网上说的比较明白的文章内容吧：

个人理解部分：总的来说python中所有变量都是保存引用地址的，不是直接保存值。然后

a,b=b,a这条代码对应python解释器解析后的是多条机器指令，它的执行顺序是先将右边的b,a的变量引用地址bb,aa加载出来，然后分别a指向bb,b指向aa，这样就完成了值的交换，

而不能简单的理解成先执行b=a,再执行a=b，两者是不同的

以下是转载截取：

Python的变量并不直接存储值，而只是引用一个内存地址，交换变量时，只是交换了引用的地址。

先看下面这段程序：

importdis
deffunc(a,b):
a,b=b,a
print(a,b)
a=10
b=20
func(a,b)
dis.dis(func)

一般来说一个Python语句会对应若干字节码指令，Python的字节码是一种类似汇编指令的中间语言，但是一个字节码指令并不是对应一个机器指 令（二进制指令），而是对应一段C代码，而不同的指令的性能不同，所以不能单独通过指令数量来判断代码的性能，而是要通过查看调用比较频繁的指令的代码来 确认一段程序的性能。

一个Python的程序会有若干代码块组成，例如一个Python文件会是一个代码块，一个类，一个函数都是一个代码块，一个代码块会对应一个运行的上下文环境以及一系列的字节码指令。

dis的作用

dis模块主要是用来分析字节码的一个内置模块，经常会用到的方法是dis.dis([bytesource])，参数为一个代码块，可以得到这个代码块对应的字节码指令序列。

代码输出结果

其中只看前面为12的结果就行了（在我的编译器里，交换的那一行代码在第12行）

可以看出主要是ROT_TWO指令的功劳：

查阅python文档可以知道有ROT_TWO （源码1398行），ROT_THREE（源码1406行）， ROT_FOUR这样的指令，可以直接交换两个变量、三个变量、四个变量的值

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作者：薯仔洋芋山药蛋

来源：CSDN

原文：https://blog.csdn.net/qq_33414271/article/details/78522235

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‘贰’ python解释器

python解释器的介绍：

解释器由一个编译器和一个虚拟机构成，编译器负责将源代码转换成字节码文件，而虚拟机负责执行字节码。

所以，解释型语言其实也有编译过程，只不过这个编译过程并不是直接生成目标代码，而是中间代码（字节码），然后再通过虚拟机来逐行解释执行字节码。

计算机的大脑是CPU， 中文名叫中央处理器，它仍然不能直接处理 Python 语言。CPU 只能直接处理机器指令语言，那是一种由0和1数字组成的语言，这是一种我们人很难直接写出来的语言。

所以，我们需要一个翻译，把Python语言翻译成 计算机CPU 能听懂的机器指令语言，这样计算机才能按照 我们的Python程序的要求去做事。.py结尾的文件需要解释器去运行执行。

执行过程原理：

1.执行 python XX.py 后，将会启动 Python 的解释器。

2.python解释器的编译器会将.py源文件编译（解释）成字节码生成PyCodeObject字节码对象存放在内存中。

3.python解释器的虚拟机将执行内存中的字节码对象转化为机器语言，虚拟机与操作系统交互，使机器语言在机器硬件上运行。

4.运行结束后python解释器则将PyCodeObject写回到pyc文件中。当python程序第二次运行时，首先程序会在硬盘中寻找pyc文件，如果找到，则直接载入，否则就重复上面的过程。

Python解释器执行程序的三个阶段：

第一步：先启动python3解释器。

第二步：Python3解释器就像一个文本编辑器一样将文件python3 D： est.py从硬盘读入内存。

第三步：Python3解释器解释执行文件代码。

只有第三阶段才识别python的语法。

‘叁’ python windows系统 源代码

一、python如何运行程序

首先说一下python解释器，它是一种让其他程序运行起来的程序。当你编写了一段python程序，python解释器将读取程序，并按照其中的命令执行，得出结果，实际上，解释器是代码与机器的计算机硬件之间的软件逻辑层。

通俗来说，我们的计算机是基于二进制进行运算的，无论你用什么语言来写程序，无论你的程序写的多么简单或多么复杂，最终交给计算机运行的一定是0或1，因为计算机只能识别0和1。

我们目前使用的大多数编程语言都是高级程序语言，也就是利于我们人类阅读的语言，要使我们编写的程序能够在计算机上跑起来，要经过一定的转换才可以，python程序大致的过程应该是这样：

源代码-->字节码-->pvm(虚拟机)-->机器码

可以到Python的官方网站下载python（http://www.python.org），通常包括解释器、库文件及简单的编码环境（IDLE）。把源代码编译成字节码其实是为了程序更节省时间，如果源代码没有变动，那么运行程序时会直接从字节码读取，加快速度，把字节码放到虚拟机去解释，可以更好的跨平台运行，最后转换成机器码。

二、Windows系统下搭建python编程环境。

1、进入Python官网http://www.python.org，在“Downloads”下拉菜单中选择相应的操作系统，我们选择windows。

最后选择菜单中的Run下的run mole即可运行，快捷键为F5。

‘肆’ ue5python原理

Python先把代码（.py文件）编译成字节码，交给字节码虚拟机，然后解释器一条一条执行字节码指令，从而完成程序的执行。

1.1python先把代码(.py文件)编译成字节码，交给字节码虚拟机，然后解释器会从编译得到的PyCodeObject对象中一条一条执行字节码指令，
并在当前的上下文环境中执行这条字节码指令，从而完成程序的执行。Python解释器实际上是在模拟操作中执行文件的过程。PyCodeObject对象
中包含了字节码指令以及程序的所有静态信息，但没有包含程序运行时的动态信息——执行环境（PyFrameObject)

2. 字节码
字节码在python解释器程序里对应的是PyCodeObject对象
.pyc文件是字节码在磁盘上的表现形式

2.1从整体上看：OS中执行程序离不开两个概念：进程和线程。python中模拟了这两个概念，模拟进程和线程的分别是PyInterpreterState和
PyTreadState。即：每个PyThreadState都对应着一个帧栈，python解释器在多个线程上切换。当python解释器开始执行时，它会先进行一
些初始化操作，最后进入PyEval_EvalFramEx函数，它的作用是不断读取编译好的字节码，并一条一条执行，类似CPU执行指令的过程。函数内部
主要是一个switch结构，根据字节码的不同执行不同的代码。

3. .pyc文件
PyCodeObject对象的创建时机是模块加载的时候，及import
Python test.py会对test.py进行编译成字节码并解释执行，但是不会生成test.pyc
如果test.py加载了其他模块，如import urlib2, Python会对urlib2.py进行编译成字节码，生成urlib2.pyc,然后对字节码进行解释
如果想生成test.pyc，我们可以使用Python内置模块py_compile来编译。
加载模块时，如果同时存在.py和pyc,Python会尝试使用.pyc，如果.pyc的编译时间早于.py的修改时间，则重新编译.py并更新.pyc。

4. PyCodeObject
Python代码的编译结果就是PyCodeObject对象

typedef struct {
PyObject_HEAD
int co_argcount; /* 位置参数个数 */
int co_nlocals; /* 局部变量个数 */
int co_stacksize; /* 栈大小 */
int co_flags;
PyObject *co_code; /* 字节码指令序列 */
PyObject *co_consts; /* 所有常量集合 */
PyObject *co_names; /* 所有符号名称集合 */
PyObject *co_varnames; /* 局部变量名称集合 */
PyObject *co_freevars; /* 闭包用的的变量名集合 */
PyObject *co_cellvars; /* 内部嵌套函数引用的变量名集合 */
/* The rest doesn’t count for hash/cmp */
PyObject *co_filename; /* 代码所在文件名 */
PyObject *co_name; /* 模块名|函数名|类名 */
int co_firstlineno; /* 代码块在文件中的起始行号 */
PyObject *co_lnotab; /* 字节码指令和行号的对应关系 */
void *co_zombieframe; /* for optimization only (see frameobject.c) */
} PyCodeObject;

5. .pyc文件格式
加载模块时，模块对应的PyCodeObject对象被写入.pyc文件

6.分析字节码

6.1解析PyCodeObject
Python提供了内置函数compile可以编译python代码和查看PyCodeObject对象

6.2指令序列co_code的格式

opcode oparg opcode opcode oparg …
1 byte 2 bytes 1 byte 1 byte 2 bytes
Python内置的dis模块可以解析co_code

7. 执行字节码
Python解释器的原理就是模拟可执行程序再X86机器上的运行，X86的运行时栈帧如下图

Python解释器的原理就是模拟上述行为。当发生函数调用时，创建新的栈帧，对应Python的实现就是PyFrameObject对象。
PyFrameObject对象创建程序运行时的动态信息，即执行环境

7.1 PyFrameObject

typedef struct _frame{
PyObject_VAR_HEAD //"运行时栈"的大小是不确定的
struct _frame *f_back; //执行环境链上的前一个frame，很多个PyFrameObject连接起来形成执行环境链表
PyCodeObject *f_code; //PyCodeObject 对象，这个frame就是这个PyCodeObject对象的上下文环境
PyObject *f_builtins; //builtin名字空间
PyObject *f_globals; //global名字空间
PyObject *f_locals; //local名字空间
PyObject **f_valuestack; //"运行时栈"的栈底位置
PyObject **f_stacktop; //"运行时栈"的栈顶位置
//...
int f_lasti; //上一条字节码指令在f_code中的偏移位置
int f_lineno; //当前字节码对应的源代码行
//...

//动态内存，维护(局部变量+cell对象集合+free对象集合+运行时栈)所需要的空间
PyObject *f_localsplus[1];
} PyFrameObject;

每一个 PyFrameObject对象都维护了一个 PyCodeObject对象，这表明每一个 PyFrameObject中的动态内存空间对象都和源代码中的一段Code相对应。