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Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

控制流实现控制流这部分代码主要涉及下面几条字节码指令,下面的所有字节码指令都会有一个参数:
jump_forward,指令完整条指令会将当前执行字节码指令的位置加上这个参数,然后跳到对应的结果继续执行。
如果栈顶元素为true,则改变字节码执行位置为接收的参数值的指令为“pop_jump_if_true”。将栈顶元素弹出。
pop_jump_if_false,这条指令和 pop_jump_if_true 一样,唯一差别就是判断栈顶元素是否等于 true。
jump_if_true_or_pop,如果栈顶元素等于等于 true 则将字节码执行位置设置成参数对应的值,并且不需要将栈顶元素弹出。如果栈顶元素为 false,就必须弹出该元素。
jump_if_false_or_pop,和jump_if_true_or_pop一样只不过需要栈顶元素等于 false 。
jump_absolute,直接将字节码的执行位置设置成参数的值。
总的来说,这些跳转指令可以让 python 的解释器在执行字节码时根据特定条件来改变执行流程,实现循环、条件语句等基本语言结构。
现在我们使用一个例子来深入理解上面的各种指令的执行过程。
import dis def test_control01(): a = 1 if a > 1: print("a > 1") elif a < 1: print("a < 1") else: print("a == 1") if __name__ == '__main__': dis.dis(test_control01)
上面的程序输出结果如下所示:
  6           0 load_const               1 (1)
              2 store_fast               0 (a)
8           4 load_fast                0 (a)
              6 load_const               1 (1)
              8 compare_op               4 (>)
             10 pop_jump_if_false       22
9          12 load_global              0 (print)
             14 load_const               2 ('a > 1')
             16 call_function            1
             18 pop_top
             20 jump_forward            26 (to 48)
10     >>   22 load_fast                0 (a)
             24 load_const               1 (1)
             26 compare_op               0 (78201243597696f7e5261efc25e33409>   40 load_global              0 (print)
             42 load_const               4 ('a == 1')
             44 call_function            1
             46 pop_top
        >>   48 load_const               0 (none)
             50 return_value
我们现在来模拟一下上面的字节码执行过程,我们使用 counter 表示当前字节码的执行位置:
在字节码还没开始执行之前,栈空间和 counter 的状态如下:
现在执行第一条字节码 load_const,执行完之后 counter = 2,因为这条字节码占一个字节,参数栈一个字节,因此下次执行的字节码的位置在 bytecode 的低三个位置,对应的下标为 2,因此 counter = 2 。
现在执行第二条字节码 store_fast,让 a 指向 1 ,同样的 store_fast 操作码和操作数各占一个字节,因此执行完这条字节码之后栈空间没有数据,counter = 4 。
接下来 load_fast 将 a 指向的对象也就是 1 加载进入栈中,此时的 counter = 6,load_const 将常量 1 加载进行入栈空间当中,此时 counter = 8,在执行完这两条指令之后,栈空间的变化如下图所示:
接下来的一条指令是 compare_op ,这个指令有一个参数表示比较的符号,这里是比较 a > 1,并且会将比较的结果压入栈中,比较的结果是 false ,因为 compare_op 首先会将栈空间的两个输入弹出,因此在执行完这条指令之后栈空间和 counter 的值如下:
下面一条指令为 pop_jump_if_false,根据前面的字节码含义,这个字节码会将栈顶的 false 弹出,并且会进行跳转,并且将 counter 的值直接编程参数的值,这里他的参数是 22 ,因此 counter = 22,在执行完这条指令之后,结果如下:
因为现在已经跳转到了 22 ,因此接下来执行的指令为 load_fast,将变量 a 加载进入栈空间,load_const 将常量 1 加载进入栈空间,在执行完这两条执行之后,变化情况如下:
在次执行 pop_jump_if_false,这回的结果也是 false ,因此继续执行 pop_jump_if_false,这次的参数是 40,直接将 counter 的值设置成 40 。
接下来 load_global 加载一个全局变量 print 函数 counter 变成 42 ,load_const 加载字符串 a == 1 进入栈空间,counter = 44,此时状态如下:
call_function 这个字节码有一个参数,表示调用函数的参数的个数,这里是 1,因为 print 函数只有一个参数,然后输出字符串 a== 1,但是这里需要注意的是 print 函数会返回一个 none,因此执行完 call_function 之后状态如下:
至此差不多上面的函数差不多执行完了,后面几条字节码很简单,就不再进行叙述了。
以上就是python虚拟机字节码之控制流怎么实现的详细内容。
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