Python 解释器和三种栈

源代码就是程序员写的人类能够看懂的代码。我们编写的程序文件的执行需要两步：1、编译器将源码编译成二进制文件，文件里是字节码指令，字节码会存储在 PyCodeObject 对象中；2、虚拟机运行二进制文件，在运行时虚拟机会创建字节码执行的上下文环境，也就是下文提到的各种栈，使用 PyFrameObject 表示运行时的 “调用栈” 。Python 中这两步是合在一起的，由 Python 解释器完成。实际上 Python 解释器由编译器和虚拟机组成，将源文件编译为二进制文件这步由编译器完成，运行二进制文件这步由虚拟机来完成的，运行完成后可以看到二进制文件。Java 中这两步是分开的，先编译成二进制文件，再由 JVM（Java 虚拟机）执行。其实二者流程差不多，侧重不同。
Python 文件在运行之后会在同一个目录中出现 .pyc 文件，这是上面提到的缓存二进制文件，它有助于提高文件再次运行的效率，缓存文件通常保存在 __pycache__ 目录下，缓存文件中的数据就是只有机器能够识别的字节码，使用编辑器打开文件我们也看不懂。
Python 与大多数解释型语言一样，解释器在运行程序时首先将源代码编译为一组虚拟机指令，并且 Python 解释器是针对相应的虚拟机实现的。这种中间格式的虚拟机指令被称为 “字节码” ，也就是说 .pyc 这个二进制文件中存储的是字节码指令，这些指令只有对应的 Python 虚拟机可以运行。Python 被称为解释型语言，其中一个原因是如上所述的程序运行时源代码被转换成字节码指令。

最常用的 Python 解释器是 CPython ，我们说 "Python 解释器" 时默认就是指 CPython ，它使用三种类型的栈：
调用栈 call stack 、数据栈 data stack 、块栈 block stack

调用栈 call stack 是运行 Python 程序的主要结构。它为每个当前活动的函数调用创建一个东西 —— “帧 frame”，也叫栈帧，调用栈的栈底是程序的入口点。每个函数调用推送一个新的帧到调用栈，每当函数调用返回后，这个帧被销毁。
在每个帧中，有一个数据栈 data stack（也称为计算栈 evaluation stack）。数据栈就是 Python 函数运行的地方，运行的 Python 代码大多数是由推入到这个栈中的内容组成的，解释器操作它们，然后在函数返回后销毁它们。
在每个帧中，还有一个块栈 block stack 。它被 Python 用于跟踪某些类型的控制结构：循环、try / except 块以及 with 块，将语句块全部推入到块栈中，当退出这些控制结构时，块栈被销毁。这将帮助 Python 了解任意给定时刻哪个块是活动的，例如 continue 或者 break 语句可能影响块的运行。

In [34]: import dis

In [35]: def hello():
    ...:     print('Hello World')
    ...:

In [36]: dis.dis(hello)
  2           0 LOAD_GLOBAL              0 (print)
              2 LOAD_CONST               1 ('Hello World')
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 POP_TOP
              8 LOAD_CONST               0 (None)
             10 RETURN_VALUE