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Python虛擬機(jī)字節(jié)碼教程之控制流實(shí)現(xiàn)詳解

更新時(shí)間：2023年04月11日 09:06:16 作者：一無是處的研究僧

在本篇文章當(dāng)中主要給大家分析 python 當(dāng)中與控制流有關(guān)的字節(jié)碼，通過對這部分字節(jié)碼的了解，我們可以更加深入了解 python 字節(jié)碼的執(zhí)行過程和控制流實(shí)現(xiàn)原理

控制流實(shí)現(xiàn)

控制流這部分代碼主要涉及下面幾條字節(jié)碼指令，下面的所有字節(jié)碼指令都會有一個(gè)參數(shù)：

JUMP_FORWARD，指令完整條指令會將當(dāng)前執(zhí)行字節(jié)碼指令的位置加上這個(gè)參數(shù)，然后跳到對應(yīng)的結(jié)果繼續(xù)執(zhí)行。
POP_JUMP_IF_TRUE，如果棧頂元素等于 true，將字節(jié)碼的執(zhí)行位置改成參數(shù)的值。將棧頂元素彈出。
POP_JUMP_IF_FALSE，這條指令和 POP_JUMP_IF_TRUE 一樣，唯一差別就是判斷棧頂元素是否等于 true。
JUMP_IF_TRUE_OR_POP，如果棧頂元素等于等于 true 則將字節(jié)碼執(zhí)行位置設(shè)置成參數(shù)對應(yīng)的值，并且不需要將棧頂元素彈出。但是如果棧頂元素是 false 的話那么就需要將棧頂元素彈出。
JUMP_IF_FALSE_OR_POP，和JUMP_IF_TRUE_OR_POP一樣只不過需要棧頂元素等于 false 。
JUMP_ABSOLUTE，直接將字節(jié)碼的執(zhí)行位置設(shè)置成參數(shù)的值。

總的來說，這些跳轉(zhuǎn)指令可以讓 Python 的解釋器在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)根據(jù)特定條件來改變執(zhí)行流程，實(shí)現(xiàn)循環(huán)、條件語句等基本語言結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在我們使用一個(gè)例子來深入理解上面的各種指令的執(zhí)行過程。

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)

上面的程序輸出結(jié)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 (<)
28 POP_JUMP_IF_FALSE 40

11 30 LOAD_GLOBAL 0 (print)
32 LOAD_CONST 3 ('a < 1')
34 CALL_FUNCTION 1
36 POP_TOP
38 JUMP_FORWARD 8 (to 48)

13 >> 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

我們現(xiàn)在來模擬一下上面的字節(jié)碼執(zhí)行過程，我們使用 counter 表示當(dāng)前字節(jié)碼的執(zhí)行位置：

在字節(jié)碼還沒開始執(zhí)行之前，棧空間和 counter 的狀態(tài)如下：

現(xiàn)在執(zhí)行第一條字節(jié)碼 LOAD_CONST，執(zhí)行完之后 counter = 2，因?yàn)檫@條字節(jié)碼占一個(gè)字節(jié)，參數(shù)棧一個(gè)字節(jié)，因此下次執(zhí)行的字節(jié)碼的位置在 bytecode 的低三個(gè)位置，對應(yīng)的下標(biāo)為 2，因此 counter = 2 。

現(xiàn)在執(zhí)行第二條字節(jié)碼 STORE_FAST，讓 a 指向 1 ，同樣的 STORE_FAST 操作碼和操作數(shù)各占一個(gè)字節(jié)，因此執(zhí)行完這條字節(jié)碼之后?？臻g沒有數(shù)據(jù)，counter = 4 。

接下來 LOAD_FAST 將 a 指向的對象也就是 1 加載進(jìn)入棧中，此時(shí)的 counter = 6，LOAD_CONST 將常量 1 加載進(jìn)行入?？臻g當(dāng)中，此時(shí) counter = 8，在執(zhí)行完這兩條指令之后，棧空間的變化如下圖所示：

接下來的一條指令是 COMPARE_OP ，這個(gè)指令有一個(gè)參數(shù)表示比較的符號，這里是比較 a > 1，并且會將比較的結(jié)果壓入棧中，比較的結(jié)果是 false ，因?yàn)?COMPARE_OP 首先會將?？臻g的兩個(gè)輸入彈出，因此在執(zhí)行完這條指令之后棧空間和 counter 的值如下：

下面一條指令為 POP_JUMP_IF_FALSE，根據(jù)前面的字節(jié)碼含義，這個(gè)字節(jié)碼會將棧頂?shù)?false 彈出，并且會進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，并且將 counter 的值直接編程參數(shù)的值，這里他的參數(shù)是 22 ，因此 counter = 22，在執(zhí)行完這條指令之后，結(jié)果如下：

因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)跳轉(zhuǎn)到了 22 ，因此接下來執(zhí)行的指令為 LOAD_FAST，將變量 a 加載進(jìn)入?？臻g，LOAD_CONST 將常量 1 加載進(jìn)入棧空間，在執(zhí)行完這兩條執(zhí)行之后，變化情況如下：

在次執(zhí)行 POP_JUMP_IF_FALSE，這回的結(jié)果也是 false ，因此繼續(xù)執(zhí)行 POP_JUMP_IF_FALSE，這次的參數(shù)是 40，直接將 counter 的值設(shè)置成 40 。

接下來 LOAD_GLOBAL 加載一個(gè)全局變量 print 函數(shù) counter 變成 42 ，LOAD_CONST 加載字符串 "a == 1" 進(jìn)入棧空間，counter = 44，此時(shí)狀態(tài)如下：

CALL_FUNCTION 這個(gè)字節(jié)碼有一個(gè)參數(shù)，表示調(diào)用函數(shù)的參數(shù)的個(gè)數(shù)，這里是 1，因?yàn)?print 函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，然后輸出字符串 "a== 1"，但是這里需要注意的是 print 函數(shù)會返回一個(gè) None，因此執(zhí)行完 CALL_FUNCTION 之后狀態(tài)如下：

至此差不多上面的函數(shù)差不多執(zhí)行完了，后面幾條字節(jié)碼很簡單，就不再進(jìn)行敘述了。

總結(jié)

在 Python 中，控制流指令可以讓解釋器根據(jù)特定條件改變執(zhí)行流程，實(shí)現(xiàn)循環(huán)、條件語句等基本語言結(jié)構(gòu)。Python 中與控制流有關(guān)的字節(jié)碼指令包括 JUMP_FORWARD、POP_JUMP_IF_TRUE、POP_JUMP_IF_FALSE、JUMP_IF_TRUE_OR_POP、JUMP_IF_FALSE_OR_POP 和 JUMP_ABSOLUTE 等。這些指令都有一個(gè)參數(shù)，主要是用來計(jì)算跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)位置等。通過對這些指令的了解，我們可以更深入地理解 Python 字節(jié)碼的執(zhí)行過程和控制流實(shí)現(xiàn)原理。

到此這篇關(guān)于Python虛擬機(jī)字節(jié)碼教程之控制流實(shí)現(xiàn)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python字節(jié)碼控制流內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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