Введение

Код Python выполняется с использованием байт-кода, который действует как мост между машинным исполнением и исходным кодом, который могут просматривать люди. Понимание байт-кода может помочь в анализе производительности, устранении неполадок и понимании поведения кода. Модуль dis Python необходим для разложения байт-кода на отдельные инструкции, что позволяет программистам исследовать поведение кода, выявлять проблемы с производительностью и решать сложные проблемы.

Байт-код

  • Чтобы узнать, что такое байт-код, давайте сначала посмотрим на поток процесса интерпретации.

  • Исходный код Python: который вы создаете в удобочитаемой форме для представления логики и функциональности вашей программы, это то, с чего вы должны начать. (Ваш код)
  • Компиляция. Исходный код Python проходит процесс компиляции, когда вы его запускаете или выполняете. Компилятор Python, который является компонентом интерпретатора CPython, на этом этапе преобразует ваш исходный код в байт-код CPython. Этот байт-код представляет собой набор низкоуровневых кроссплатформенных инструкций. Это переводчик, который переводит ваш исходный код в байт-код.
  • Байт-код CPython: после этапа компиляции создается результирующий байт-код Python. Он состоит из набора команд, которые интерпретатор CPython может понять и выполнить. (Вы можете представить его как руководство, которое поможет интерпретатору выполнить код и узнать, как его выполнить) Подобно тому, как руководство содержит пошаговые инструкции для выполнения определенных задач, байт-код CPython предоставляет пошаговые инструкции. пошаговые инструкции для интерпретатора о том, как выполнить ваш код Python. Каждая инструкция байт-кода представляет определенное действие или операцию, которую должен выполнить интерпретатор.
  • Выполнение интерпретатора: интерпретатор CPython теперь считывает и запускает байт-код CPython построчно. Он выполняет нужные операции и производит вывод или поведение, описанное вашим исходным кодом, следуя инструкциям, данным в байт-коде.
  • Обратите внимание: компилятор Python в процессе компиляции является частью интерпретатора CPython, поэтому это не одно и то же.
  • Итак, поток такой: Исходный код -> Компиляция -> Байт-код CPython -> Выполнение интерпретатора

Теперь давайте поговорим и углубимся в байт-код

  • Байт-код CPython. Байт-код — это низкоуровневое представление инструкций на языке программирования.
  • В случае Python интерпретатор CPython использует особый тип байт-кода, известный как байт-код CPython. Он функционирует как набор руководств, определяющих действия, которые должен выполнять интерпретатор.
  • Но если мы пытаемся посмотреть на байт-код, думаю, это будет наша реакция😂😂

  • Итак, я думаю, нам нужна помощь от кого-то, кто может понять байт-код и анализ и объяснить это для нас. Это роль модуля dis

модуль

  • Модуль dis, являющийся компонентом стандартной библиотеки Python, помогает в анализе байт-кода CPython. Чтобы вы понимали, что делает каждая инструкция, модуль dis в Python предназначен для дизассемблирования или разбиения байт-кода на отдельные инструкции.
  • Дизассемблирование байт-кода выполняется для лучшего понимания того, как интерпретатор выполняет код Python. Это может быть полезно для анализа и отладки кода, выявления проблем с производительностью или выяснения того, как определенные конструкции преобразуются в байт-код.

Как модуль dis может нам помочь?

  • Понимание поведения кода. Разработчики могут узнать, как выполняется их код и как определенные конструкции преобразуются в инструкции байт-кода, просмотрев дизассемблированный байт-код.
  • Анализ производительности. Изучая инструкции байт-кода и последовательность их выполнения, модуль dis может помочь найти узкие места в производительности. Это может помочь оптимизировать код для повышения производительности.
  • Отладка. Дизассемблированный байт-код может быть полезен при диагностике и устранении сложных проблем. Это позволяет программистам проверять точные выполняемые инструкции и находить любые проблемы.

Вы можете думать об этом, как ваш учитель, он смотрит на сложные понятия и пытается объяснить их простым способом для вас, и если вы что-то неправильно понимаете, он это понимает и пытается найти проблему.

Давайте рассмотрим пример

  • Пример функции: возьмем простой пример функции с именем myfunc(). Он принимает список (alist) в качестве входных данных и возвращает длину этого списка.
  • Дизассемблирование myfunc(): Чтобы дизассемблировать байт-код myfunc(), вы можете использовать функцию dis.dis(), предоставляемую модулем dis. Он покажет вам отдельные инструкции байт-кода, используемые в функции.
  • Понимание дизассемблированного кода: дизассемблированный код будет отображаться с номерами строк. Каждая строка представляет собой инструкцию байт-кода и сообщает интерпретатору, что делать. Например, в приведенном дизассемблированном коде:

  • Строка 2: инструкция байт-кода LOAD_GLOBAL загружает встроенную функцию len.
  • Строка 3: инструкция байт-кода LOAD_FAST загружает vзначение локальной переменной alist.
  • Строка 6:Инструкция байт-кода CALL_FUNCTION вызывает ранее загруженную функцию с 1 аргументом.
  • Строка 9: инструкция байт-кода RETURN_VALUE возвращает результат вызова функции.

Вопрос 🤔. Если я хочу получить доступ к деталям в моем байт-коде, могу ли я это сделать, и если да, то как?

  • Да, вы можете, используя объект Bytecode. просто вы создаете большой контейнер для хранения всей информации, чтобы иметь к ним доступ

Объект байт-кода

  • Объект Bytecode можно использовать для инкапсуляции кода в Python. Благодаря этому объекту возможен легкий доступ к особенностям скомпилированного кода.
  • Функция dis.Bytecode():эта функция разбивает байт-код, соответствующий функции, методу, исходному коду или объекту кода. Он принимает код, который вы хотите проанализировать, в качестве входных данных.
  • Зацикливание экземпляра байт-кода. Если у вас есть объект байт-кода, вы можете получить доступ к каждому отдельному действию байт-кода, перебирая его. Каждое действие байт-кода соответствует определенной инструкции кода.
  • Экземпляр инструкции. Эта функция проверяет байт-код функции, метода, исходного кода или объекта кода. Он принимает на вход код, который вы хотите проанализировать.
  • Объект Bytecode создает экземпляры инструкций по мере его повторения. Эти экземпляры заменяют определенные операции с байт-кодом и содержат сведения о них, такие как имя операции (opname).
  • Чтобы было понятно:экземпляр инструкции — это информация, которую вы получили от функции dis.Bytecode, и эта информация (LOAD_GLOBAL, LOAD_FAST, CALL_FUNCTION, RETURN_VALUE)

Некоторые методы

  1. метод rom_traceback()
  • Когда ваш код сталкивается с ошибкой во время выполнения, он генерирует информацию, называемую трассировкой. Эта трассировка сообщает вам, какие части вашего кода были выполнены до возникновения ошибки.
  • Метод from_traceback() берет эту информацию о трассировке и создает из нее специальный объект, называемый экземпляром байт-кода.
  • Экземпляр байт-кода помогает понять, где в коде произошла ошибка, идентифицируя конкретную инструкцию (шаг в коде), вызвавшую ошибку.
  • Метод from_traceback() также устанавливает нечто, известное как "current_offset", для этой проблемной инструкции, поэтому вы точно знаете, на какой части кода сосредоточиться при отладке.
  • Функция from_traceback(), говоря простым языком, получает информацию об ошибке, определяет, какой раздел вашего кода вызвал проблему, а затем дает четкое направление, где искать для ее решения.
  • Моя реакция на функцию, она помогает нам в отладке

2. кодовый объект

  • Когда вы создаете код на Python, компьютер должен быть в состоянии его понять и запустить. Ваш код должен пройти процесс, известный как «компиляция», чтобы это произошло. Ваш код Python преобразуется в уникальный формат, который машина может понять во время компиляции. «Компилированный кодовый объект» или просто «codeobj» — это имя, данное этому переведенному коду.
  • Функция compile(): чтобы создать codeobj, вы используете функцию compile() в Python. Эта функция принимает ваш код Python в качестве входных данных и преобразует его в codeobj, который содержит код в формате, который может выполнить компьютер.
  • Назначение codeobj: codeobj — это то, что на самом деле запускает интерпретатор Python. Он содержит всю необходимую информацию и инструкции для компьютера, чтобы правильно выполнить ваш код Python.
  • Проще говоря, codeobj — это конечный результат компиляции вашего кода Python с использованием метода compile(). Единственная версия вашего кода, которую компьютер может понять и запустить, — это та, которая была изменена.

3. первая_строка:

  • first_line — это термин, используемый для описания номера строки, с которой начинается дизассемблированный код. Когда код компилируется и преобразуется в байт-код (представление кода более низкого уровня), каждой строке исходного исходного кода присваивается номер строки.
  • First_line используется для обозначения номера строки, начиная с верхней части дизассемблированного кода в контексте объекта Bytecode и анализа байт-кода. При анализе байт-кода это помогает предоставить точную информацию о номере строки.
  • Например, если у вас есть функция Python, определенная начиная со строки 10 в вашем файле исходного кода, и вы дизассемблируете байт-код этой функции с помощью объекта Bytecode, установка для first_line значения 10 гарантирует, что номера строк в дизассемблированном коде соответствуют исходному коду. исходный код точно.
  • Проще говоря, first_line помогает отслеживать номера строк исходного кода в дизассемблированном байт-коде, позволяя сопоставлять определенные инструкции или операции с соответствующими строками исходного кода.

4. метод info()

  • Функция info() предоставляет исчерпывающую информацию о фрагменте кода. Код Python, который был скомпилирован и получен с помощью функции compile() или другого метода, представлен как объект кода.
  • Функция info() для объекта кода возвращает многострочную строку с различной информацией о коде при ее вызове. Для облегчения чтения и понимания материал структурирован.

Функция info() может возвращать различную информацию, в том числе:

  • Имя объекта кода (например, имя функции или модуля)
  • Тип объекта кода (например, функция, модуль или встроенный код)
  • где возник объект кода, имя файла или исходное местоположение
  • Номера строк, где объект кода начинается и заканчивается в исходном коде.
  • Любые флаги или специальные свойства, связанные с объектом кода.
  • Проще говоря, функция info() предоставляет важную информацию об имени объекта, типе, расположении и других атрибутах, а также резюмирует описание созданного объекта кода. Эта информация может быть полезна при взаимодействии с кодом или его изучении.

Давайте рассмотрим несколько примеров

  • Давайте объясним вывод
  • Имя. Имя функции — calculate.
  • Имя файла:имя файла — «строка». В данном случае это указывает на то, что функция определена в строке или интерактивном сеансе, а не в конкретном файле.
  • Количество аргументов. Функция принимает два аргумента (a, b) .
  • Аргументы только для позиции:Для этой функции нет аргументов только для позиции. Так что это не функция позиционного аргумента.
  • Аргументы, содержащие только ключевые слова. Для этой функции нет аргументов, состоящих только из ключевых слов.
  • Количество локальных переменных. Функция имеет три локальные переменные.
  • Размер стека. Максимальный размер стека, необходимый для операций с байт-кодом, равен 2. Он указывает максимальное количество элементов, которые могут храниться в стеке во время выполнения функции.
  • Флаги. Функция имеет флаги OPTIMIZED и NEWLOCALS. Эти флаги предоставляют информацию о свойствах функции. OPTIMIZED указывает, что байт-код был оптимизирован, а NEWLOCALS указывает, что функция использует новое локальное пространство имен.
  • Константы. Функция использует одну константу — None. Константы — это значения, которые используются в инструкциях байт-кода.
  • Имена переменных. Функция имеет три имени переменных: a, b и result. Он сообщает нам имена переменных, используемых в области действия функции.

Еще один

  • Каждая строка представляет собой инструкцию или операцию, выполняемую байт-кодом. Разберем каждую строку:
  • 4 0 RESUME 0:Эта строка указывает смещение байт-кода и операцию RESUME. Обычно он появляется в начале байт-кода и связан с внутренней механикой интерпретатора.
  • 5 2 LOAD_FAST 0 (a):Эта строка загружает значение локальной переменной a в стек. Инструкция LOAD_FAST используется для быстрого доступа к локальным переменным.
  • 4 LOAD_FAST 1 (b): эта строка загружает значение локальной переменной b в стек. Инструкция LOAD_FAST используется для быстрого доступа к локальным переменным.
  • 6 BINARY_OP 0 (+):эта строка выполняет бинарную операцию + над двумя верхними элементами стека (значениями a и b). Инструкция BINARY_OP используется для двоичных операций, таких как сложение, вычитание, умножение и т. д.
  • 10 STORE_FAST 2 (result): эта строка сохраняет результат операции сложения в локальной переменной result. Инструкция STORE_FAST используется для присвоения значения локальной переменной.
  • 6 12 LOAD_FAST 2 (result): эта строка загружает значение локальной переменной result в стек.
  • 14 RETURN_VALUE: эта строка указывает, что функция должна возвращать значение на вершине стека (которое в данном случае является значением результата) в качестве вывода функции.

Пример 3

  • Информация об инструкциях функции Python предоставляется через вывод. Каждая инструкция обозначает шаг, предпринятый функцией для завершения работы.
  • RESUME: с этой инструкцией не связано какое-либо конкретное действие. Это просто маркер.
  • LOAD_FAST: эта инструкция загружает значение переменной с именем «a».
  • LOAD_FAST: эта инструкция загружает значение переменной с именем «b».
  • BINARY_OP: эта инструкция выполняет двоичную операцию (в данном случае сложение), используя значения из двух предыдущих инструкций.
  • STORE_FAST: эта инструкция сохраняет результат операции в переменной с именем «результат».
  • LOAD_FAST: эта инструкция загружает значение переменной «результат».
  • RETURN_VALUE: эта инструкция указывает на конец функции и возвращает значение.

Заключение

В заключение, байт-код необходим для выполнения кода Python, а модуль dis и объект Bytecode предлагают полезные ресурсы для декодирования и понимания байт-кода. Разработчики могут лучше понять поведение кода, повысить эффективность и решить сложные проблемы, углубившись в особенности байт-кода. Изучение байт-кода помогает разработчикам создавать более эффективный и надежный код и улучшает их понимание того, как выполняется Python.

Ресурс



dis — Дизассемблер для байт-кода Python
Детали реализации CPython: Байт-код — это детали реализации интерпретатора CPython. Никаких гарантий…docs.python.org



С уважением, Норан❤️