說說Python程序的執(zhí)行過程

說說Python程序的執(zhí)行過程Python是一門解釋型語(yǔ)言？我初學(xué)Python時(shí)，聽到的關(guān)于Python的第一句話就是，Python是一門解釋性語(yǔ)言，我就這樣一直相信下去，直到發(fā)現(xiàn)了*.pyc文件的存在。如果是解釋型語(yǔ)言，那么生成的*.pyc文件是什么呢？c應(yīng)該是compiled的縮寫才對(duì)?。榱朔乐蛊渌麑W(xué)習(xí)Python的人也被這句話誤解，那么我們就在文中來澄清下這個(gè)問題，并且把一些基礎(chǔ)概念給理清。解釋型語(yǔ)言和編譯型語(yǔ)言計(jì)算機(jī)是不能夠識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言的，所以當(dāng)我們運(yùn)行一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言程序的時(shí)候，就需要一個(gè)“翻譯機(jī)”來從事把高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能讀懂的機(jī)器語(yǔ)言的過程。這個(gè)過程分成兩類，第一種是編譯，第二種是解釋。編譯型語(yǔ)言在程序執(zhí)行之前，先會(huì)通過編譯器對(duì)程序執(zhí)行一個(gè)編譯的過程，把程序轉(zhuǎn)變成機(jī)器語(yǔ)言。運(yùn)行時(shí)就不需要翻譯，而直接執(zhí)行就可以了。最典型的例子就是C語(yǔ)言。解釋型語(yǔ)言就沒有這個(gè)編譯的過程，而是在程序運(yùn)行的時(shí)候，通過解釋器對(duì)程序逐行作出解釋，然后直接運(yùn)行，最典型的例子是Ruby。通過以上的例子，我們可以來總結(jié)一下解釋型語(yǔ)言和編譯型語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，因?yàn)榫幾g型語(yǔ)言在程序運(yùn)行之前就已經(jīng)對(duì)程序做出了“翻譯”，所以在運(yùn)行時(shí)就少掉了“翻譯”的過程，所以效率比較高。但是我們也不能一概而論，一些解釋型語(yǔ)言也可以通過解釋器的優(yōu)化來在對(duì)程序做出翻譯時(shí)對(duì)整個(gè)程序做出優(yōu)化，從而在效率上超過編譯型語(yǔ)言。此外，隨著Java等基于虛擬機(jī)的語(yǔ)言的興起，我們又不能把語(yǔ)言純粹地分成解釋型和編譯型這兩種。用Java來舉例，Java首先是通過編譯器編譯成字節(jié)碼文件，然后在運(yùn)行時(shí)通過解釋器給解釋成機(jī)器文件。所以我們說Java是一種先編譯后解釋的語(yǔ)言。再換成C#，C#首先是通過編譯器將C#文件編譯成IL文件，然后在通過CLR將IL文件編譯成機(jī)器文件。所以我們說C#是一門純編譯語(yǔ)言，但是C#是一門需要二次編譯的語(yǔ)言。同理也可等效運(yùn)用到基于.NET平臺(tái)上的其他語(yǔ)言。Python到底是什么其實(shí)Python和Java/C#一樣，也是一門基于虛擬機(jī)的語(yǔ)言,我們先來從表面上簡(jiǎn)單地了解一下Python程序的運(yùn)行過程吧。當(dāng)我們?cè)诿钚兄休斎雙ythonhello.py時(shí)，其實(shí)是激活了Python的“解釋器”，告訴“解釋器”：你要開始工作了。可是在“解釋”之前，其實(shí)執(zhí)行的第一項(xiàng)工作和Java—樣，是編譯。熟悉Java的同學(xué)可以想一下我們?cè)诿钚兄腥绾螆?zhí)行一個(gè)Java的程序：javachello.javajavahello只是我們?cè)谟肊clipse之類的IDE時(shí)，將這兩部給融合成了一部而已。其實(shí)Python也一樣，當(dāng)我們執(zhí)行pythonhello.py時(shí)，他也一樣執(zhí)行了這么一個(gè)過程，所以我們應(yīng)該這樣來描述Python.Python是一門先編譯后解釋的語(yǔ)言。4.簡(jiǎn)述Python的運(yùn)行過程在說這個(gè)問題之前，我們先來說兩個(gè)概念，PyCodeObject和pyc文件。我們?cè)谟脖P上看到的pyc自然不必多說，而其實(shí)PyCodeObject則是Python編譯器真正編譯成的結(jié)果。我們先簡(jiǎn)單知道就可以了，繼續(xù)向下看。當(dāng)python程序運(yùn)行時(shí)，編譯的結(jié)果則是保存在位于內(nèi)存中的PyCodeObject中，當(dāng)Python程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，Python解釋器則將PyCodeObject寫回到pyc文件中。當(dāng)python程序第二次運(yùn)行時(shí)，首先程序會(huì)在硬盤中尋找pyc文件，如果找到，則直接載入，否則就重復(fù)上面的過程。所以我們應(yīng)該這樣來定位PyCodeObject和pyc文件，我們說pyc文件其實(shí)是PyCodeObject的一種持久化保存方式。5.運(yùn)行一段Python程序我們來寫一段程序?qū)嶋H運(yùn)行一下:test.py|我們來寫一段程序?qū)嶋H運(yùn)行一下:test.py|print-StrCs)：print'resjult：^1蔽町if一nans....= [prirrt^strC1helloworld'1^程序本身毫無意義。我們繼續(xù)看:huongxinSQ.ocalItohuongxinSQ.ocalItost*Ztes.t$Istest.pyhuangxirt&locolhas-t $pythan-test.pyresu1七：helloworldhuari3)cin^localhost*-/tes.tS2stest.pyhuan^xin￡Q.Qcalhast"-/test$[然而我們?cè)诔绦蛑胁]有看到pyc文件，仍然是test.py孤零零地呆在那！那么我們換一種寫法，我們把print_str方法換到另外的一個(gè)python模塊中:HuangMin@tocaEli05t:-/[e￡it中業(yè)四￥4)rtnt_in.pyIdefprirrt^strCs):prirrt'resul七;％s*SfiCs)hijangxin@locdlhost:~/le￡ttest.py.巾rint_m*py■frompriiTLjn prirrt^sfr]if_none- F_jnain__*:prinrt-StrC*lielloworldf)然后運(yùn)行程序:huari^xinfilacalhwst-/test$pytlwntest.^ryresult:helloworldhuangxin&localhost~/test$Isprintjri.pyprirrtjn.pyetest.pyhuan^xin^lacalhastVtest$[這個(gè)時(shí)候pyc文件出現(xiàn)了，其實(shí)認(rèn)真思考一下不難得到原因，我們考慮一下實(shí)際的業(yè)務(wù)情況。pyc的目的是重用回想本文的第二段在解釋編譯型語(yǔ)言和解釋型語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，我說編譯型語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)在于，我們可以在程序運(yùn)行時(shí)不用解釋，而直接利用已經(jīng)"翻譯”過的文件。也就是說，我們之所以要把py文件編譯成pyc文件，最大的優(yōu)點(diǎn)在于我們?cè)谶\(yùn)行程序時(shí)，不需要重新對(duì)該模塊進(jìn)行重新的解釋。所以，我們需要編譯成pyc文件的應(yīng)該是那些可以重用的模塊，這于我們?cè)谠O(shè)計(jì)軟件類時(shí)是一樣的目的。所以Python的解釋器認(rèn)為：只有import進(jìn)來的模塊，才是需要被重用的模塊。這個(gè)時(shí)候也許有人會(huì)說，不對(duì)啊！你的這個(gè)問題沒有被解釋通啊，我的test.py不是也需要運(yùn)行么，雖然不是一個(gè)模塊，但是以后我每次運(yùn)行也可以節(jié)省時(shí)間??！OK,我們從實(shí)際情況出發(fā)，思考下我們?cè)谑裁磿r(shí)候才可能運(yùn)行pythonxxx.py文件：執(zhí)行測(cè)試時(shí)。開啟一個(gè)Web進(jìn)程時(shí)。執(zhí)行一個(gè)程序腳本。我們逐個(gè)來說，第一種情況我們就不用多說了，這個(gè)時(shí)候哪怕所有的文件都沒有pyc文件都是無所謂的。第二種情況，我們?cè)囅胍粋€(gè)webpy的程序把，我們通常這樣執(zhí)行：huangxrrieQcccilhqs-t-M/n^worfc2yyp8-/ypSArebsite1python匚gk+py￡181hfctpj//0.e.0^;8UV0抑或者:nun.sh|§!/bLn/ba&hpoth?w/User5/huangxirLAnyif?rkZ/^pa/ypK/webstte'ariepy『甘陽(yáng)胡}/oMfe”pyxkill'pgrqi-f"pythonSfcodepy}*1sleep1echo'stopped'echo*startJsiwmri-feg;-d遠(yuǎn)d-r竄勺在（?）■-al￡7.C.ftLl-卩9ftflZ然后這個(gè)程序就類似于一個(gè)守護(hù)進(jìn)程一樣一直監(jiān)視著8181/9002端口，而一旦中斷，只可能是程序被殺死，或者其他的意外情況，那么你需要恢復(fù)要做的是把整個(gè)的Web服務(wù)重啟。那么既然一直監(jiān)視著，把PyCodeObject—直放在內(nèi)存中就足夠了，完全沒必要持久化到硬盤上。最后一個(gè)情況，執(zhí)行一個(gè)程序腳本，一個(gè)程序的主入口其實(shí)很類似于Web程序中的Controller,也就是說，他負(fù)責(zé)的應(yīng)該是Model之間的調(diào)度，而不包含任何的主邏輯在內(nèi)，如我在/kym/archive/2010/07/19/1780407.html中所提到，Controller應(yīng)該就是一個(gè)Facade，無任何的細(xì)節(jié)邏輯，只是把參數(shù)轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去而已，那么如果做算法的同學(xué)可以知道，在一段算法腳本中，最容易改變的就是算法的各個(gè)參數(shù)，那么這個(gè)時(shí)候給持久化成pyc文件就未免有些畫蛇添足了。所以我們可以這樣理解Python解釋器的意圖，Python解釋器只把我們可能重用到的模塊持久化成pyc文件。pyc的過期時(shí)間說完了pyc文件，可能有人會(huì)想到，每次Python的解釋器都把模塊給持久化成了pyc文件，那么當(dāng)我的模塊發(fā)生了改變的時(shí)候，是不是都要手動(dòng)地把以前的pyc文件remove掉呢？當(dāng)然Python的設(shè)計(jì)者是不會(huì)犯這么白癡的錯(cuò)誤的。而這個(gè)過程其實(shí)就取決于PyCodeObject是如何寫入pyc文件中的。我們來看一下import過程的源碼吧:iapcrt?<:|悶訐昭鴨rtlgd-miriMlNPyCwfeMBCt;??,char氣則hranc.^trwrt(tat*Src$uO￡rtfttefMSJUKKMS/*3Ur?Hlndonsusesdifferentperalxs-tonsV■odt-tnode-src5tfl*->stJ5odtA-SJtittC;ftlurcdBjtude-sncstot-Mt^ude&^S^JKUSft&*EJJKRP￡站.IME1扌#endtF科■6pd(diUthciM,mb站J；ifIf?—MJLL^(討(PyJferfcMtnflg)Py$￥S_write5tderr<k*epn'( 刪曲畔卄^etillTl：}PjpHai-shaIJfrLtffLwtfroFile<py?:jnagic,fppPy_WRSHAL_VEflSIt)W)：/?Firstwriteaftfurintiiw*/Fytorshil_W>twLortflltoFilfrCAL.fp,PyJWlUVU._VER5HW；0FytorshcL.i?tw(?oectTeFiicciFysject*jco.gpv_wrsw_versicw；炸艸加畑w如盯協(xié)力{t*(ty.verwsefiofl)Fy$ys_write$t^rr<"ffcanhtwLtcSsd",qwunne);PDun4lu?p HU?/fcl&seCfp);Cvoid^unlink^cpaUvnne)jrrtirm;1Z*HmwriteUtetruentm(asd3Z■誡土fi^ldD*/住諭樹?>_44.戲；一 _ ——強(qiáng)比吃MtlMt"0MFFFFFFFfJ：F>Mai-5hal_in-tUL0H^TaF 年,pyjw?5friAL_￥iR5M]Hj;化lCM<fR；iffPy_Vertos?iFlogi)P^Syi_WrtteSteferFCrfwrvtaSs^n-,qjal/nm^;這段代碼比較長(zhǎng)，我們只來看我標(biāo)注了的代碼，其實(shí)他在寫入pyc文件的時(shí)候，寫了一個(gè)Long型變量，變量的內(nèi)容則是文件的最近修改日期，同理，我們?cè)倏聪螺d入pyc的代碼：L6o4_±dur￡^jnhdule^cl>ar*nanetthar□七h(yuǎn)n^ne*FILE*fp)fstruct呂tatst;FILE*fpc：cnar&uf(>?F*THLElk-l);l^C?deOljj-eet??:fyfcject*>0；if(fswtcfilenecfrt,fctj!- {PyErr_Farnm(F7t>?JU4ntiHrfrror、-Uridftltt*Jfrtftlfr&tSAiiifrtWI「Sd",pattuune^;returnwal；)if(slzcof$t』t_3IE3*i/*F/thOn*1空一pyttlnAst(taf>handlingprdSwe￡-UMt-thetln^S-taipfttitn斗fciyteE.Stwethecodeonlydoesa cespapison*crdcrtnaismtInpartantand*mcanHftlyifirwrcth?hri冊(cè)廣bitsonserneextreaelyuniikely^.*/ St.st.gffiW&-fcFfFFFFFFi1qxittnana■ 占5ithnK￡pathntM.buf\if￡怦世207I- M- (fpc-Be口JCwHgjajcUleGjcithrmg,耳仁耳5疋?.cpathnameJI){'c-3 _-_— fel6wtf[>e>;ifVw■>wll)returnNULL;if<opeitrte_?ftjll?ucdule<co-jwthHcsie^屯tfi廣吐UfciNULL；<f<Py_VerbQ5eFliiaJFySysJ*nlteStoennCinpori；ke.*pnecaopiledfrom?sxn~.nanciepatknane^;pawrrim■彌thJMtK：staticFILE*PlLf?fp;longniGgicil-wrgfp■fcpdtHntmie,ifCfp■NULL)returnNULL；啊it-ly^irshsl_R?[ELortgFrflEFtiecfu)；ifGnoeict?pyc_mag(icD{If(Py-VertKBeFlag^Py5ys_WHt*Stife^("aSfehasEwlnx>3<cXnRaqpathrge〉；ret