在学习和使用python的过程中,难免碰到一些不理解的地方,有时候还会因此踩到坑里许久爬不出来。这种情况下,一种解决问题的手段是,查看python 代码“编译”后的中间代码序列。同许多虚拟机托管型语言一样,python 的前端编译器将python代码转译为自己定义的中间代码,中间代码会被虚拟机解释执行(如python等脚本型语言),或者经过二次(部分)编译为native代码运行(如java,c#)。中间代码通常都有两种等价的表现形式,一种是方便机器执行的bytecode 形式,另一种则是方便程序员阅读的指令序列形式。通过python的dis模块,我们可以轻松得到一个python函数对应的指令序列。
dis模块
dis 模块是python 的所谓反汇编模块,功能是将字节码转为可阅读的指令码。
dis中的重要api:
- dis.dis
解析一个bytesource object,所谓bytesourse object 指的是含有code object 的对象
(module,class,method,function...etc)
针对于不同的对象类型,dis的效果不同:
对象类型 | dis效果 |
---|---|
function | 返回指令序列 |
module | 返回每个函数的指令序列 |
class | 返回每个方法的指令序列 |
code object | 返回指令序列 |
- dis.distb
解析当前出现异常的函数的指令序列,用于调试。
例子:
try:
result = 1/0
except:
import dis
import sys
exc_type, exc_value, exc_tb = sys.exc_info()
dis.distb(exc_tb)
指令码(opcode)列表
注意:下文中的tos 代表栈顶元素,tos1 代表次栈顶元素,依次类推。。。
tos |
---|
tos1 |
tos2 |
栈中元素移动操作
NOP
不做动作,占位指令,用于优化
POP_TOP
函数栈顶元素出栈
ROT_TWO
栈顶的头两个元素交换位置
ROT_THREE
栈顶的头三个元素做如下循环位移变换:
3->2, 2->1, 1->3
ROT_FOUR
栈顶的头四个元素做循环位移变换
DUP_TOP
把栈顶元素复制一份压回栈中
DUP_TOPX(count)
把栈顶的count 个元素复制一份,保持原有顺序压回栈中,其中1<=count<=5
一元运算
将栈顶元素取出,进行操作,再push回栈中。
UNARY_NEGATIVE()
取负:TOS = -TOS.
UNARY_NOT()
一元取反: TOS = not TOS.
UNARY_INVERT()
一元按位取反:TOS = ~TOS.
GET_ITER()
取迭代器: TOS = iter(TOS)
在for 语句中用到,执行type(TOS).tp_iter 创建迭代器
二元运算
将栈顶的前两个元素取出进行计算,结果压回栈中
BINARY_POWER()
幂运算: TOS = TOS1 ** TOS.
BINARY_MULTIPLY()
乘法运算:TOS = TOS1 * TOS.
BINARY_DIVIDE()
除法 TOS = TOS1 / TOS
3/2=1
BINARY_TRUE_DIVIDE()
保存浮点精度的除法 TOS = TOS1 / TOS
引入 future.division 后,除号对应的指令替换为binary_true_divide
from __future__ import division
3/2=1.5
BINARY_FLOOR_DIVIDE()
保存浮点精度的除法: TOS = TOS1 // TOS.
3//2=1.5
BINARY_MODULO()
取模运算 TOS = TOS1 % TOS.
BINARY_ADD()
加法: TOS = TOS1 + TOS.
BINARY_SUBTRACT()
减法: TOS = TOS1 - TOS.
BINARY_LSHIFT()
左移:TOS = TOS1 << TOS.
BINARY_RSHIFT()
右移: TOS = TOS1 >> TOS.
BINARY_AND()
与运算 :TOS = TOS1 & TOS.
BINARY_XOR()
异或运算 :TOS = TOS1 ^ TOS.
BINARY_OR()
或运算:TOS = TOS1 | TOS.
in place 运算
计算结果可以被操作数引用的到
看起来,就是不耗费额外的空间存储结果
每一个 二元运算,都对应一个inplace 运算
INPLACE_POWER()
INPLACE_MULTIPLY()
INPLACE_DIVIDE()
INPLACE_FLOOR_DIVIDE()
INPLACE_TRUE_DIVIDE()
INPLACE_MODULO()
INPLACE_ADD()
INPLACE_SUBTRACT()
INPLACE_LSHIFT()
INPLACE_RSHIFT()
INPLACE_AND()
INPLACE_XOR()
INPLACE_OR()
切片操作
访问
SLICE
Implements TOS = TOS[:].
SLICE_1
Implements TOS = TOS1[TOS:].
SLICE_2
Implements TOS = TOS1[:TOS].
SLICE_3
Implements TOS = TOS2[TOS1:TOS].
赋值
不会对栈空间本身压入任何东西
STORE_SLICE+0()
TOS[:] = TOS1.影响的是 栈上存储的操作数 TOS(实际上是PyList_Object)对象所引用的list
STORE_SLICE+1()
TOS1[TOS:] = TOS2.
STORE_SLICE+2()
TOS1[:TOS] = TOS2.
STORE_SLICE+3()
TOS2[TOS1:TOS] = TOS3.
删除
DELETE_SLICE+0()
del TOS[:].
DELETE_SLICE+1()
del TOS1[TOS:].
DELETE_SLICE+2()
del TOS1[:TOS].
DELETE_SLICE+3()
del TOS2[TOS1:TOS].
下标访问操作
BINARY_SUBSCR()
索引运算: TOS = TOS1[TOS].
STORE_SUBSCR()
TOS1[TOS] = TOS2.
DELETE_SUBSCR()
del TOS1[TOS].
打印操作
PRINT_ITEM()
打印栈顶元素到标准输出
PRINT_NEWLINE()
打印回车
break && continue
BREAK_LOOP()
break语句
原理:取pytry_block 中的handler 获取循环结束后的下一条指令地址,从而完成跳出循环操作
CONTINUE_LOOP(target)
continue 语句
实际的代码中,没有见到使用,用的是jump 指令
返回值系列
RETURN_VALUE
将栈顶元素tos返回给函数调用者
YIELD_VALUE
将栈顶元素tos 作为生成器返回值返回。
import 系列
IMPORT_STAR
将栈顶module 对象中全部的名字(非_ 开头)引入到当前local名字空间中,栈顶module 弹栈.
用于实现
from module import *
IMPORT_NAME(name)
实现import xxx,引发整个import 逻辑,最后只返回一个根module,给名字空间引用
最后将一个module object 压栈,接着跟一个store
IMPORT_FROM(name)
实现 from xxx import xxx,引发整个import 逻辑,最后返回相应的module 给名字空间引用
最后将一个module object 压栈,接着跟一个store
block 与异常
POP_BLOCK()
将当前py_tryblock 从栈f_blockstack弹出,py_tryblock 是用于记录 循环,异常跳转地址等信息的数据结构.
pyTryBlock 结构的定义:
typedef struct{
int b_type; //SETUP_LOOP/SETUP_EXCEPTION给出跳出正常指令流的原因
int b_handler; //给出下一条指令的地址。
};
pyTryBlock 定义在 pyFrameObject 中
PyFrameObject{
pyTryBlockstack f_blockstack[20] // 最大为20 意味着不能有嵌套20层以上的循环或者异常
int f_iblock
}
END_FINALLY
当异常不匹配时,重新保存异常信息,设置异常发生状态标识,开始栈展开动作
RAISE_VARARGS(argc)
对应于raise 语句,argc 指定了raise语句后面跟的参数个数,参数个数范围为0-3
SETUP_LOOP(delta)
占用一个py_tryblock,类型设置为loop
SETUP_EXCEPT(delta)
占用一个py_tryblock,类型设置为except
SETUP_FINALLY(delta)
占用一个py_tryblock,类型设置为finally
build 系列
BUILD_CLASS
利用当前栈上信息创建类
执行build class 之前栈上准备好的信息有:
method_dic 基类名 元组类名
BUILD_TUPLE(count)
创建元祖 从栈顶取count 个元素,创建一个元素对象再压入栈中
BUILD_LIST(count)
创建列表,原理同tuple
BUILD_SET(count)
创建集合,原理同tuple
BUILD_MAP(count)
创建map,原理同tuple,单个元素为(PyDictEntry)
typedef struct{
hash
key
value
}PydictEntry;
BUILD_SLICE(argc)
创建一个slice 对象,slice对象 就是用来保存切片操作的三个参数(start,stop,step)的,
用于切片操作里的参数传递。
myslice = slice(0,5,1) # 生成一个切片对象
l = list(range(10)) #创建一个list
print l[myslice] #将切片对象应用于切片操作
make,创建函数(闭包)pyfunctionobject对象
MAKE_FUNCTION(argc)
创建一个pyfunctionobject,并将其压栈
栈上参数准备:code obj,默认参数1,默认参数2...
pyfunctionobject.func_code=code obj
pyfunctionobjec.func_defaults=tuple(默认参数1,默认参数2...)
MAKE_CLOSURE(argc)
创建一个pyfunctionobject,并将其压栈
栈上参数准备:code obj,cell_tuple,默认参数1,默认参数2
pyfunctionobject.func_code=code obj
pyfucntionobject.func_closure=cell_tuple
pyfunctionobjec.func_defaults=tuple(默认参数1,默认参数2...)
with 语句
SETUP_WITH
调用对象的enter
WITH_CLEANUP
调用对象的exit
赋值,访问名字
1.访问name:
以lgb 规则访问名字空间
(frame->f_locals,frame->f_globals,frame->f_builtins)
STORE_NAME
为名字赋一个引用对象,对象由栈顶弹栈得到
DELETE_NAME
del name
LOAD_NAME
将名字引用的对象压栈
2.访问全局变量
STORE_GLOBAL
LOAD_GLOBAL
DEL_GLOBAL
3.访问对象中的属性
STORE_ATTR
LOAD_ATTR
DELETE_ATTR
4.访问函数内部的局部变量,参数等
STORE_FAST
LOAD_FAST
DELETE_FAST
5.访问函数闭包的pycellobject
位于pyframeobject.f_localsplus 的freevars部分(里面保存cell,free对象)
STORE_DEREF
LOAD_DEREF (用于闭包函数对象调用)
LOAD_CLOSURE (用于闭包函数对象创建)
DELETE_DEREF
6.访问常量
LOAD_CONST
跳转系列
COMPARE_OP(opname)
对栈顶的两个元素做opname 指定的比较操作,运算结果压栈
JUMP_FORWARD(delta)
相对跳转,向前跳delta 字节
POP_JUMP_IF_TRUE(target)
如果当前栈顶结果为true,那么向前跳转至target,同时tos 弹栈
POP_JUMP_IF_FALSE(target)
如果当前栈顶结果为false,那么向前跳转至target,同时tos 弹栈
JUMP_IF_TRUE_OR_POP(target)
如果当前栈顶结果为true,那么向前跳转至target,同时保留tos,否则tos 弹栈
JUMP_IF_FALSE_OR_POP(target)
如果当前栈顶结果为false,那么向前跳转至target,同时保留tos,否则tos 弹栈
call 系列
CALL_FUNCTION(argc)
调用一个函数
调用该指令前,需要将pyfuntionobject,和实参(位置参数,键参数)压栈
在创建类时,也有调用(联想闭包的创建,凡是嵌套的def 定义,都是要在执行时创建,所以需要call 来执行)
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