(Python学习8)Python虚拟机框架

1、执行环境

typedef struct _frame {
    PyObject_VAR_HEAD
    struct _frame *f_back;	/* previous frame, or NULL */
    PyCodeObject *f_code;	/* code segment */
    PyObject *f_builtins;	/* builtin symbol table (PyDictObject) */
    PyObject *f_globals;	/* global symbol table (PyDictObject) */
    PyObject *f_locals;		/* local symbol table (any mapping) */
    PyObject **f_valuestack;	/* points after the last local */
    PyObject **f_stacktop;
    PyObject *f_trace;		/* Trace function */
	.......
} PyFrameObject;
Python执行环境模拟的是普通X86平台执行程序的过程,运行时栈-帧-返回地址等概念。
利用帧对象PyFrameObject来模拟帧。存储了上一帧地址,code对象的地址,builtins变量,global变量,local变量,栈顶栈底等信息。
二者示意图如下:

(Python学习8)Python虚拟机框架_第1张图片
需注意,维护的内存不只栈用,其他对象也会用。

2、名字空间与作用域

与其他语言类似。
允许嵌套函数,作用域符合LEGB规则,即局部-直接外围-全局-运行时。
一个.py文件可以组成一个模块,若import A 可用A.xxx 来调用A中的变量。
需注意,如下,会报错,因为在Fun函数内部同样拥有变量a,其对整个Fun函数内可见,但print时尚未赋值。

a = 10
def Fun();
	print(a)
	a = 12

3、运行框架

Python启动后,首先进行Python运行时环境的初始化,运行时环境是全局概念,而上述执行环境只是一个栈帧。然后利用for循环执行code对象中以C字符串保存的字节码。for循环中是巨大的switch/case结构。

4、运行时环境

Python中同样拥有线程、进程。

typedef struct _is {
    struct _is *next;
    struct _ts *tstate_head;	// 模拟进程环境中的线程集合
    PyObject *modules;
    PyObject *sysdict;
    PyObject *builtins;
	……
} PyInterpreterState;
typedef struct _ts {
    struct _ts *next;
    PyInterpreterState *interp;
    struct _frame *frame;		// 模拟线程中的函数调用堆栈
    int recursion_depth;
    PyObject *dict; 
    long thread_id;
	……
} PyThreadState;

注意_is与_ts是逻辑上的进程与线程。但是python中线程实际上是操作系统的原声线程,故_ts实际是线程的抽线。

线程会与_frame帧交互,而进程会与线程交互。
在某一时刻,Python的执行状态如下:

(Python学习8)Python虚拟机框架_第2张图片

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