oeasy教您玩转vim - 005 - # 程序本质

程序本质

回忆上次内容

• py 的程序是按照顺序

  • 一行行挨排解释执行的
  • 我们可以 python3 -m pdb hello.py 来对程序调试
  • 调试的目的是去除 bug
  • 别害怕 bug
  • bug 会有提示
  • 我们也就知道如何 debug 调试
• python3 这个解释器到底是怎么执行的呢？
• python3 到底是怎么解释 hello.py 的？
• 我们得先来看看什么是 python3

啥是 Python3

#什么是python3
sudo whatis python3
#如果不能解释
sudo unminimize
# 更新时间比较长，更新结束后再
sudo whatis python3

• 帮助告诉我们

  • python3 是一种解释性的、可交互的、面向对象的编程语言

python3 在哪？

#python3在哪里？
whereis python3
#可执行的这个东西到底在哪？
which python3

在文件管理器中查看

• 这个 python3 是一个软链接文件
• 他指向 python3.8
• python3 就是 python3.8
• 他俩存在一个位置
• 都在 /usr/bin 里面

• python3.8 就在硬盘里存着

  • 位置就在/usr/bin/python3.8

    • usr 是用户 user
    • bin 是二进制 binary
    • python3.8 是这个文件的名称
• 在运行命令的时候
• 把这个文件从硬盘装载到内存
• 然后用 cpu 开始逐行执行文件内容中的指令

研究 python3

#把python3拷贝到当前用户文件夹~
cp /usr/bin/python3 ~
#确认python3已经到用户文件夹
ls ~/python3
#查看python3文件细节
ls -lah ~/python3

• python3 指向的 python3.8 只有 5.3M

  • 这个可执行文件怎么这么小？
  • 5.3M 这也就是一张照片的大小
  • 一年前的 Python3.5 只有 4.3M
  • 更小
  • 目前这 5.3M 的 Python3 里面到底有什么呢？
• 打开看看！！！

#运行用户文件夹下的这个刚考过来的python3
~/python3

打开 python3

#用vi打开这个刚拷贝过来的python3
vi ~/python3

• 左下角 : 进入命令行模式

• :%!xxd我们可以看到这个文件的二进制形态

  • %是指的对于所有行的范围
  • !是执行外部命令
  • xxd指的是转化为 16 进制形式
• 这个 xxd 命令 到底什么意思
• :q!退回到 shell 来看一下

关于 xxd

• man xxd

  • 查询 xxd 的帮助手册
• xxd 可以查看文件的二进制形态
• :%!xxd –r 可以还原回去
• 反复横跳

对比

• 重新 vi ~/python3
• :%!xxd
• 一行是（16）_{10 进制} 个字节
• G 到最后一行
• 有 343148 行
• 这就是 真正的机器语言
• 存在硬盘上 01010 的二进制可执行指令！！
• 这些指令其实都能执行！！！
• 可是这个指令我们看不懂怎么办？

查看 Python3 汇编指令

#把python3对应的汇编指令输出
objdump -d ~/python3 > ~/python3.asm
#分窗口分别打开打开python3 和 python3.asm
vi -o python3 python3.asm

• 下图中上半部分是机器代码

  • 执行 :%!xxd 以 16 进制形式显示

• 下半部分是得到的相应汇编指令

  • 这个过程就是反汇编

查找对应关系

• 423000 就是初始的 cpu 开始执行指令的地方
• endbr64 意味着 64位结束分支
• • 前面可以是数据
• /4883 找到上下的对应关系
• 也就是第一条执行的汇编指令
• 汇编指令是计算机 cpu 指令的助记符
• 指令的集合就是计算机的架构
• 架构也叫指令集

架构

• 不同架构的 cpu 就会有不同的指令集

  • 我们目前的这个是 x86-64
  • 除此之外 arm、MIPS、RISC-V 也是常用的指令集
  • 不同的架构想运行相同的程序就需要移植

  • 如果不移植的话

    • 就像让一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪书来砌墙
    • 鸡同鸭讲
    • 驴唇不对马嘴

• 这里会有不同的 section 模块

  • 模块里面是具体的指令

  • 比如 48 83 ec 08 对应 sub $0x8,%rsp

    • 这是一条减法指令
    • 具体语法需要查询指令集(x86-64)对应的汇编文档手册

查看指令集

• 可以在 shell 用 uname -a 进行查看本机所用的指令集
• 当前指令集是 x86_64

• sub 属于计算指令
• 位于下图第 5 行

Python3 执行过程

Python3 执行的过程大致是这样

• 把参数 hello.py 导入内存
• 分析 hello.py 词法结构
• 把文件分成一个个 单词
• 通过单词组成表达式

• 通过表达式组成语句

  • 比如 print("hello")
  • 这就是一个语句
  • 然后编译成 Python 虚拟机指令 的目标文件
• 使用 Python3 这个二进制程序
• 对于生成的语法树
• 进行解释并且执行

换句话说

• 简化版的 Python3 的执行过程是：

  • 系统执行 python3 这个可执行文件

    • 也就是把硬盘上的文件装在到内存
    • 然后按顺序还行
    • python3 完成后续工作

• 给了 python3 一个参数 hello.py

  • 使用 python3 这个解释器来解释 hello.py
  • 一句句的依次解释执行

• 全解释完成后

  • 最终程序执行完成

• 这些都是基于解释器python3.8的

  • 而解释器是用目标架构的机器语言直接在cpu上运行的

架构的层次

• 不同架构的 cpu 都可以运行 python

  • risc-v
  • arm
  • x64
  • mips
  • 龙芯

• 不同系统的环境都可以运行 python

  • win
  • mac
  • linux

跨架构跨平台原理

• 因为 /usr/bin/python3.8 本身是二进制文件

  • 是基于当前操作系统当前架构的可执行二进制文件

• python3.8 构建了一个运行时环境

  • 这个环境可以解释读到的python语句
  • 把python语句翻译成系统能读懂输入输出
  • 翻译成当前物理架构能够执行的代码
• 然后进行执行

总结

• python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件

  • python3 里面全都是 cpu 指令
  • 可以执行的那种

  • 我们可以把指令对应的汇编找到

    • objdump -d ~/python3 > python3.asm

• 汇编语句是和当前机器架构的指令集相关的

  • uname -a可以查询指令集

• 我们执行的过程其实就

  • 系统执行python3这个可执行文件
  • 给了python3一个参数hello.py
  • python3对于hello.py一句句的解释执行
  • 在显示器输出了hello world
  • python3执行完毕
  • 把控制权交回给 shell
• 这就是我们执行hello world的过程
• 为什么我们学编程总是从hello world开始呢？
• 我们下次再说！