如何理解Python虛擬機中的Python運行環境

今天就跟大家聊聊有關如何理解Python虛擬機中的Python運行環境，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

其實Python運行環境是一個全局性的概念，而執行環境實際就是一個棧幀，是Code Block對應的概念，兩者之間存在著本質上的區別，在以后的運行操作過程中就可以了解到他們呢兩者之間的不同。

運行時環境的初始化過程非常地復雜，后面將用單獨的一章來剖析，這里假設初始化的動作已經完成，我們已經站在了Python虛擬機的門檻外，只需要輕輕推動一下***張骨牌，整個執行過程就像多米諾骨牌一樣，一環扣一環地展開。

這個推動***張骨牌的地方在一個名叫PyEval_EvalFramEx的函數中，這個函數實際上就是Python的虛擬機的具體實現，它是一個非常巨大的函數，因此我們在列出其中的源代碼時和以前有些不同。

PyEval_EvalFrameEx首先會初始化一些變量，其中PyFrameObject對象中的PyCodeObject對象包含的重要信息都被照顧到了。當然，另一個重要的動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 */

前面我們說過，在PyCodeObject對象的co_code域中保存著字節碼指令和字節碼指令的參數，Python虛擬機執行字節碼指令序列的過程就是從頭到尾遍歷整個co_code、依次執行字節碼指令的過程。

在Python運行環境的虛擬機中，利用3個變量來完成整個遍歷過程。co_code實際上是一個PyStringObject對象，而其中的字符數組才是真正有意義的東西。這也就是說，整個字節碼指令序列實際上就是一個在C中普普通通的字符數組。因此，遍歷過程中所使用的這3個變量都是char*類型的變量：first_instr永遠指向字節碼指令序列的開始位置；

next_instr永遠指向下一條待執行的字節碼指令的位置；f_lasti指向上一條已經執行過的字節碼指令的位置。展示了這3個變量在遍歷中某時刻的情形：

[ceval.c]   /* Interpreter main loop */   PyObject* PyEval_EvalFrameEx(PyFrameObject *f, int throwflag)   {       ……       why = WHY_NOT;       ……       for (;;) {       ……       fast_next_opcode:           f->f_lasti = INSTR_OFFSET();           //獲得字節碼指令           opcode = NEXTOP();           oparg = 0;           //如果指令需要參數，獲得指令參數           if (HAS_ARG(opcode))               oparg = NEXTARG();      dispatch_opcode:           switch (opcode) {           case NOP:               goto fast_next_opcode;           case LOAD_FAST:               ……           }   }

那么這個一步一步的動作是如何完成的呢，我們來看一看Python運行環境執行字節碼指令的整體架構，其實就是一個for循環加上一個巨大的switch/case結構，熟悉Windows SDK編程的朋友可以想象一下Windows下那個巨大的消息循環，就是那樣的結構。在對PyCodeObject對象的分析中我們說過，Python的字節碼有的是帶參數的，有的是沒有參數的，而判斷是否帶參字節碼是通過HAS_ARG這個宏實現的。

注意，對不同的字節碼指令，由于存在是否需要指令參數的區別，所以next_instr的位移可能是不同的。但是無論如何，next_instr總是指向Python下一條要執行的字節碼，這很像x86平臺上的那個PC寄存器。

Python在獲得了一條字節碼指令和其需要的指令參數后，會對字節碼指令利用switch進行判斷，根據判斷的結果選擇不同的case語句，每一條字節碼指令都會對應一個case語句。在case語句中，就是Python對字節碼指令的實現。

在成功執行完一條字節碼指令后，Python運行環境的執行流程會跳轉到fast_next_opcode處，或者是for循環處，不管如何，Python接下來的動作都是獲得下一條字節碼指令和指令參數，完成對下一條指令的執行。如此一條一條地遍歷co_code中包含的所有字節碼指令，最終完成了對Python程序的執行。

看完上述內容，你們對如何理解Python虛擬機中的Python運行環境有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。