Python虚拟机字节码之控制流怎么实现 - 开发技术

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本篇内容介绍了“Python虚拟机字节码之控制流怎么实现”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

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。

  • POP_JUMP_IF_TRUE,如果栈顶元素等于 true,将字节码的执行位置改成参数的值。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。但是如果栈顶元素是 false 的话那么就需要将栈顶元素弹出。

  • 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 (<)
             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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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 。

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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 。

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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 。

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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:

Python虚拟机字节码之控制流怎么实现

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。

“Python虚拟机字节码之控制流怎么实现”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注片云网站,小编将为大家输出更多高质量的实用文章!

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