詳解python字節(jié)碼

Python對(duì)不可變序列進(jìn)行重復(fù)拼接操作效率會(huì)很低，因?yàn)槊看味紩?huì)生成一個(gè)新的對(duì)象，解釋器需要把原來(lái)對(duì)象中的元素先復(fù)制到新的對(duì)象里，然后再追加新的元素。

但是CPython對(duì)字符串操作進(jìn)行了優(yōu)化，因?yàn)閷?duì)字符串做+=操作實(shí)在是太普遍了。因此，初始化str時(shí)會(huì)預(yù)留出額外的可擴(kuò)展空間，從而進(jìn)行增量操作的時(shí)候不會(huì)有復(fù)制再追加的這個(gè)步驟。

通過(guò)字節(jié)碼研究一下這個(gè)過(guò)程。

>>> s_code = 'a += "b"'
>>> c = compile(s_code, '', 'exec')
>>> c.co_code
b'e\x00\x00d\x00\x007Z\x00\x00d\x01\x00S'
>>> c.co_names
('a',)
>>> c.co_consts
('b', None)

得到的字節(jié)碼是Bytes類(lèi)型的。這里穿插一些Bytes類(lèi)型的知識(shí)。

Bytes類(lèi)型

b'e\x00\x00d\x00\x007Z\x00\x00d\x01\x00S'，b表示是Bytes類(lèi)型。Bytes以二進(jìn)制字節(jié)序列的形式記錄數(shù)據(jù)，每一個(gè)字符就代表一個(gè)字節(jié)（8位）。比如上面的e表示二進(jìn)制0110 0101。部分ASCII碼對(duì)照表如下圖所示。

但是，不是所有的字節(jié)都是可顯示的，甚至有些字節(jié)無(wú)法對(duì)應(yīng)到ASCII碼上（因?yàn)锳SCII碼只定義了128個(gè)字符，而一個(gè)字節(jié)有256個(gè)）。比如0000 0000對(duì)應(yīng)的ASCII是不可顯示的、0111 1111沒(méi)有對(duì)應(yīng)的ASCII碼。

為了表示這些無(wú)法顯示的字節(jié)，就引入了\x符號(hào)，其表示后續(xù)的字符為16進(jìn)制。如，\x00表示16進(jìn)制的00，也就是二進(jìn)制的0000 0000。

至此，所有字節(jié)都可被表示。

字節(jié)碼分析

回到開(kāi)始的代碼。為了顯示方便，將b'e\x00\x00d\x00\x007Z\x00\x00d\x01\x00S'轉(zhuǎn)為16進(jìn)制來(lái)顯示。

>>> c.co_code.hex()
'650000640000375a000064010053'

通過(guò)opcode.opname函數(shù)可以得到操作碼所對(duì)應(yīng)的操作指令

>>> import opcode
>>> opcode.opname[0x65]
'LOAD_NAME'

因此，完整的字節(jié)碼可以解釋為（TOS即top-of-stack，棧頂元素）：

字節(jié)：位置，功能
65：0，LOAD_NAME
0000：參數(shù)，將co_names[0]的值，即a的值，壓入棧
64：3，LOAD_CONST
0000：參數(shù)，將co_consts[0]，即'b'，壓入棧
37：6，INPLACE_ADD，TOS = TOS1 + TOS
5a：7，STORE_NAME
0000：參數(shù)，co_names[0]=TOS，即將棧頂賦值給a
64：10，LOAD_CONST
0100：參數(shù)
53：13，RETURN_VALUE，Returns with TOS to the caller of the function

實(shí)際上借助dis函數(shù)可以直接獲得可讀的字節(jié)碼：

>>> import dis
>>> dis.dis(s_code)
 1      0 LOAD_NAME        0 (a)
       3 LOAD_CONST        0 ('b')
       6 INPLACE_ADD
       7 STORE_NAME        0 (a)
       10 LOAD_CONST        1 (None)
       13 RETURN_VALUE

完整代碼：

s_code = 'a += "b"'
c = compile(s_code, '', 'exec')
c.co_code
c.co_names
c.co_consts
c.co_code.hex()
import dis
dis.dis(s_code)

非常失敗，對(duì)比了string和tuple的賦值字節(jié)碼，并沒(méi)有看出string的優(yōu)化…

以上就是本次關(guān)于python字節(jié)碼的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，感謝你對(duì)億速云的支持。