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Quelle est la structure des fichiers pyc de la machine virtuelle Python ?
- 王林avant
- 2023-05-27 21:01:581506parcourir
Fichier PYC
Le fichier pyc est un fichier de bytecode généré par Python lors de l'interprétation et de l'exécution du code source. Il contient les résultats de la compilation du code source et les informations de métadonnées associées afin que Python puisse s'exécuter plus rapidement. Chargez et exécutez le code.
Différent des langages compilés, Python est un langage interprété et ne compile pas directement le code source en code machine ni ne l'exécute. Avant d'exécuter le code, l'interpréteur Python compilera d'abord le code source en bytecode, puis interprétera le bytecode pour l'exécution. Le fichier .pyc est le fichier de bytecode généré au cours de ce processus.
Lorsque l'interpréteur Python exécute un fichier .py pour la première fois, il générera un fichier .pyc correspondant dans le même répertoire afin qu'il puisse être exécuté plus rapidement lors du prochain chargement du fichier. Lorsque le fichier source est modifié et rechargé, l'interpréteur régénère le fichier .pyc pour mettre à jour le bytecode mis en cache.
Générer des fichiers PYC
Les fichiers python normaux doivent être transformés en bytecode via le compilateur, puis le bytecode est donné à la machine virtuelle python, puis la machine virtuelle python exécute le bytecode. Le processus global est le suivant :
Nous pouvons directement utiliser le module compile all pour générer le fichier pyc du fichier correspondant.
➜ pvm ls demo.py hello.py ➜ pvm python -m compileall . Listing '.'... Listing './.idea'... Listing './.idea/inspectionProfiles'... Compiling './demo.py'... Compiling './hello.py'... ➜ pvm ls __pycache__ demo.py hello.py ➜ pvm ls __pycache__ demo.cpython-310.pyc hello.cpython-310.pyc
python -m compileall . La commande analysera récursivement les fichiers py sous le répertoire courant et générera le fichier pyc du fichier correspondant. python -m compileall . 命令将递归扫描当前目录下面的 py 文件，并且生成对应文件的 pyc 文件。
PYC 文件布局
第一部分魔数由两部分组成：
第一部分 魔术是由一个 2 字节的整数和另外两个字符回车换行组成的， "rn" 也占用两个字节，一共是四个字节。这个两个字节的整数在不同的 python 版本还不一样，比如说在 python3.5 当中这个值为 3351 等值，在 python3.9 当中这个值为 3420，3421，3422，3423，3424等值（在 python 3.9 的小版本）。
第二部分 Bit Field 这个字段的主要作用是为了将来能够实现复现编译结果，但是在 python3.9a2 时，这个字段的值还全部是 0 。请参考PEP552-确定性pyc的详细内容。这个字段在 python2 和 python3 早期版本并没有（python3.5 还没有），在 python3 的后期版本这个字段才出现的。
第三部分 就是整个 py 源文件的大小了。
第四部分 也是整个 pyc 文件当中最重要的一个部分，最后一个部分就是一个 CodeObject 对象序列化之后的数据，我们稍后再来仔细分析一下这个对象相关的数据。
我们现在来具体分析一个 pyc 文件，对应的 python 代码为：
def f():
x = 1
return 2pyc 文件的十六进制形式如下所示：
➜ __pycache__ hexdump -C hello.cpython-310.pyc 00000000 6f 0d 0d 0a 00 00 00 00 b9 48 21 64 20 00 00 00 |o........H!d ...| 00000010 e3 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| 00000020 00 02 00 00 00 40 00 00 00 73 0c 00 00 00 64 00 |.....@...s....d.| 00000030 64 01 84 00 5a 00 64 02 53 00 29 03 63 00 00 00 |d...Z.d.S.).c...| 00000040 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 |................| 00000050 00 43 00 00 00 73 08 00 00 00 64 01 7d 00 64 02 |.C...s....d.}.d.| 00000060 53 00 29 03 4e e9 01 00 00 00 e9 02 00 00 00 a9 |S.).N...........| 00000070 00 29 01 da 01 78 72 03 00 00 00 72 03 00 00 00 |.)...xr....r....| 00000080 fa 0a 2e 2f 68 65 6c 6c 6f 2e 70 79 da 01 66 01 |.../hello.py..f.| 00000090 00 00 00 73 04 00 00 00 04 01 04 01 72 06 00 00 |...s........r...| 000000a0 00 4e 29 01 72 06 00 00 00 72 03 00 00 00 72 03 |.N).r....r....r.| 000000b0 00 00 00 72 03 00 00 00 72 05 00 00 00 da 08 3c |...r....r......<| 000000c0 6d 6f 64 75 6c 65 3e 01 00 00 00 73 02 00 00 00 |module>....s....| 000000d0 0c 00 |..| 000000d2
因为数据使用小端表示方式，因此对于上面的数据来说：
第一部分魔数为：0xa0d0d6f 。
第二部分 Bit Field 为：0x0 。
第三部分最后一次修改日期为：0x642148b9 。
第四部分文件大小为：0x20 字节，也就是说 hello.py 这个文件的大小是 32 字节。
下面是一个小的代码片段用于读取 pyc 文件的头部元信息：
import struct
import time
import binascii
fname = "./__pycache__/hello.cpython-310.pyc"
f = open(fname, "rb")
magic = struct.unpack('<l', f.read(4))[0]
bit_filed = f.read(4)
print(f"bit field = {binascii.hexlify(bit_filed)}")
moddate = f.read(4)
filesz = f.read(4)
modtime = time.asctime(time.localtime(struct.unpack('<l', moddate)[0]))
filesz = struct.unpack('<L', filesz)
print("magic %s" % (hex(magic)))
print("moddate (%s)" % (modtime))
print("File Size %d" % filesz)
f.close()上面的代码输出结果如下所示：
bit field = b'00000000'
magic 0xa0d0d6f
moddate (Mon Mar 27 15:41:45 2023)
File Size 32
有关 pyc 文件的详细操作可以查看 python 标准库 importlib/_bootstrap_external.py 文件源代码。
CODEOBJECT
在 CPython 中，CodeObject 是一个对象，它包含了 Python 代码的字节码、常量、变量、位置参数、关键字参数等信息，以及一些用于运行代码的元数据，如文件名、代码行号等。
在 CPython 中，当我们执行一个 Python 模块或函数时，解释器会先将其代码编译为 CodeObject，然后再执行。在编译过程中，解释器会将 Python 代码转换为字节码，并将其保存在 CodeObject 对象中。此后，每当我们调用该模块或函数时，解释器都会使用 CodeObject 中的字节码来执行代码。
CodeObject 对象是不可变的，一旦创建就不能被修改。这是因为 Python 代码的字节码是不可变的，而 CodeObject
🎜🎜La première partie du nombre magique se compose de deux parties : 🎜🎜🎜🎜La première partie de la magie est composée d'un entier de 2 octets et de deux autres caractères, le retour chariot et le saut de ligne "rn" occupe également deux octets, un. total de quatre octets. Cet entier sur deux octets est différent selon les versions de Python. Par exemple, dans python3.5, cette valeur est 3351, etc., et dans python3.9, cette valeur est 3420, 3421, 3422, 3423, 3424, etc. dans une version mineure de python 3.9). 🎜🎜Partie 2 Champ de bits L'objectif principal de ce champ est de permettre des résultats de compilation reproductibles à l'avenir, mais dans python3.9a2, les valeurs de ce champ sont toujours toutes 0. Veuillez vous référer à PEP552 - Pyc déterministe pour plus de détails. Ce champ n'existe pas dans les premières versions de python2 et python3 (pas encore dans python3.5). Ce champ n'apparaît que dans les versions ultérieures de python3. 🎜🎜La troisième partie est la taille de l'ensemble du fichier source py. 🎜🎜La quatrième partie est également la partie la plus importante de l'ensemble du fichier pyc. La dernière partie concerne les données après sérialisation d'un objet CodeObject. Nous analyserons soigneusement les données liées à cet objet plus tard. 🎜🎜Analysons maintenant un fichier pyc en détail. Le code python correspondant est : 🎜if __name__ == '__main__':
a = 100
print(a)🎜La forme hexadécimale du fichier pyc est la suivante : 🎜import marshal
import dis
import struct
import time
import types
import binascii
def print_metadata(fp):
magic = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"magic number = {hex(magic)}")
bit_field = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"bit filed = {bit_field}")
t = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"time = {time.asctime(time.localtime(t))}")
file_size = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"file size = {file_size}")
def show_code(code, indent=''):
print ("%scode" % indent)
indent += ' '
print ("%sargcount %d" % (indent, code.co_argcount))
print ("%snlocals %d" % (indent, code.co_nlocals))
print ("%sstacksize %d" % (indent, code.co_stacksize))
print ("%sflags %04x" % (indent, code.co_flags))
show_hex("code", code.co_code, indent=indent)
dis.disassemble(code)
print ("%sconsts" % indent)
for const in code.co_consts:
if type(const) == types.CodeType:
show_code(const, indent+' ')
else:
print(" %s%r" % (indent, const))
print("%snames %r" % (indent, code.co_names))
print("%svarnames %r" % (indent, code.co_varnames))
print("%sfreevars %r" % (indent, code.co_freevars))
print("%scellvars %r" % (indent, code.co_cellvars))
print("%sfilename %r" % (indent, code.co_filename))
print("%sname %r" % (indent, code.co_name))
print("%sfirstlineno %d" % (indent, code.co_firstlineno))
show_hex("lnotab", code.co_lnotab, indent=indent)
def show_hex(label, h, indent):
h = binascii.hexlify(h)
if len(h) < 60:
print("%s%s %s" % (indent, label, h))
else:
print("%s%s" % (indent, label))
for i in range(0, len(h), 60):
print("%s %s" % (indent, h[i:i+60]))
if __name__ == '__main__':
filename = "./__pycache__/pycdemo01.cpython-39.pyc"
with open(filename, "rb") as fp:
print_metadata(fp)
code_object = marshal.load(fp)
show_code(code_object)🎜Parce que les données utilisent une représentation little-endian, pour les données ci-dessus :🎜magic number = 0xa0d0d61
bit filed = 0
time = Tue Mar 28 02:40:20 2023
file size = 54
code
argcount 0
nlocals 0
stacksize 2
flags 0040
code b'650064006b02721464015a01650265018301010064025300'
3 0 LOAD_NAME 0 (__name__)
2 LOAD_CONST 0 ('__main__')
4 COMPARE_OP 2 (==)
6 POP_JUMP_IF_FALSE 20
4 8 LOAD_CONST 1 (100)
10 STORE_NAME 1 (a)
5 12 LOAD_NAME 2 (print)
14 LOAD_NAME 1 (a)
16 CALL_FUNCTION 1
18 POP_TOP
>> 20 LOAD_CONST 2 (None)
22 RETURN_VALUE
consts
'__main__'
100
None
names ('__name__', 'a', 'print')
varnames ()
freevars ()
cellvars ()
filename './pycdemo01.py'
name '<module>'
firstlineno 3
lnotab b'08010401'🎜Le résultat du code ci-dessus est le suivant : 🎜🎜bit field = b'00000000'🎜Pour des opérations détaillées sur les fichiers pyc, vous pouvez consulter la bibliothèque standard python importlib /_bootstrap_external.py code source du fichier. 🎜🎜CODEOBJECT🎜🎜Dans CPython,
magic 0xa0d0d6f
moddate (lundi 27 mars 15:41:45 2023)
Taille du fichier 32🎜
CodeObject est un objet qui contient le bytecode, les constantes, les variables, les paramètres de position, les paramètres de mots-clés et d'autres informations du code Python, ainsi que certaines informations utilisées pour exécuter le Métadonnées de code, telles que le nom du fichier, le numéro de ligne de code, etc. 🎜🎜Dans CPython, lorsque nous exécutons un module ou une fonction Python, l'interpréteur compilera d'abord son code dans CodeObject puis l'exécutera. Lors de la compilation, l'interpréteur convertit le code Python en bytecode et l'enregistre dans un objet CodeObject. Après cela, chaque fois que nous appelons ce module ou cette fonction, l'interpréteur utilise le bytecode dans CodeObject pour exécuter le code. 🎜🎜Les objets CodeObject sont immuables et ne peuvent pas être modifiés une fois créés. En effet, le bytecode du code Python est immuable et l'objet CodeObject contient ces bytecodes, il est donc également immuable. 🎜🎜Dans cet article, nous présentons principalement le contenu principal de l'objet code et présentons brièvement leurs fonctions. Dans les articles suivants, nous analyserons soigneusement le code source correspondant à l'objet code et les fonctions détaillées des champs correspondants. 🎜现在举一个例子来分析一下 pycdemo.py 的 pyc 文件，pycdemo.py 的源程序如下所示：
if __name__ == '__main__':
a = 100
print(a)下面的代码是一个用于加载 pycdemo01.cpython-39.pyc 文件（也就是 hello.py 对应的 pyc 文件）的代码，使用 marshal 读取 pyc 文件里面的 code object 。
import marshal
import dis
import struct
import time
import types
import binascii
def print_metadata(fp):
magic = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"magic number = {hex(magic)}")
bit_field = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"bit filed = {bit_field}")
t = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"time = {time.asctime(time.localtime(t))}")
file_size = struct.unpack('<l', fp.read(4))[0]
print(f"file size = {file_size}")
def show_code(code, indent=''):
print ("%scode" % indent)
indent += ' '
print ("%sargcount %d" % (indent, code.co_argcount))
print ("%snlocals %d" % (indent, code.co_nlocals))
print ("%sstacksize %d" % (indent, code.co_stacksize))
print ("%sflags %04x" % (indent, code.co_flags))
show_hex("code", code.co_code, indent=indent)
dis.disassemble(code)
print ("%sconsts" % indent)
for const in code.co_consts:
if type(const) == types.CodeType:
show_code(const, indent+' ')
else:
print(" %s%r" % (indent, const))
print("%snames %r" % (indent, code.co_names))
print("%svarnames %r" % (indent, code.co_varnames))
print("%sfreevars %r" % (indent, code.co_freevars))
print("%scellvars %r" % (indent, code.co_cellvars))
print("%sfilename %r" % (indent, code.co_filename))
print("%sname %r" % (indent, code.co_name))
print("%sfirstlineno %d" % (indent, code.co_firstlineno))
show_hex("lnotab", code.co_lnotab, indent=indent)
def show_hex(label, h, indent):
h = binascii.hexlify(h)
if len(h) < 60:
print("%s%s %s" % (indent, label, h))
else:
print("%s%s" % (indent, label))
for i in range(0, len(h), 60):
print("%s %s" % (indent, h[i:i+60]))
if __name__ == '__main__':
filename = "./__pycache__/pycdemo01.cpython-39.pyc"
with open(filename, "rb") as fp:
print_metadata(fp)
code_object = marshal.load(fp)
show_code(code_object)执行上面的程序输出结果如下所示：
magic number = 0xa0d0d61
bit filed = 0
time = Tue Mar 28 02:40:20 2023
file size = 54
code
argcount 0
nlocals 0
stacksize 2
flags 0040
code b'650064006b02721464015a01650265018301010064025300'
3 0 LOAD_NAME 0 (__name__)
2 LOAD_CONST 0 ('__main__')
4 COMPARE_OP 2 (==)
6 POP_JUMP_IF_FALSE 20
4 8 LOAD_CONST 1 (100)
10 STORE_NAME 1 (a)
5 12 LOAD_NAME 2 (print)
14 LOAD_NAME 1 (a)
16 CALL_FUNCTION 1
18 POP_TOP
>> 20 LOAD_CONST 2 (None)
22 RETURN_VALUE
consts
'__main__'
100
None
names ('__name__', 'a', 'print')
varnames ()
freevars ()
cellvars ()
filename './pycdemo01.py'
name '<module>'
firstlineno 3
lnotab b'08010401'下面是 code object 当中各个字段的作用：
首先需要了解一下代码块这个概念，所谓代码块就是一个小的 python 代码，被当做一个小的单元整体执行。在 Python 中常见的代码块包括函数体、类的定义和模块。
argcount，这个表示一个代码块的参数个数，这个参数只对函数体代码块有用，因为函数可能会有参数，比如上面的 pycdemo.py 是一个模块而不是一个函数，因此这个参数对应的值为 0 。
co_code，这个对象的具体内容就是一个字节序列，存储真实的 python 字节码，主要是用于 python 虚拟机执行的，在本篇文章当中暂时不详细分析。
co_consts，这个字段是一个列表类型的字段，主要是包含一些字符串常量和数值常量，比如上面的 ";main" 和 100 。
co_filename，这个字段的含义就是对应的源文件的文件名。
co_firstlineno，这个字段的含义为在 python 源文件当中第一行代码出现的行数，这个字段在进行调试的时候非常重要。
主要含义是标识该 code object 的类型的字段是 co_flags。0x0080 表示这个 block 是一个协程，0x0010 表示这个 code object 是嵌套的等等。
co_lnotab，这个字段的含义主要是用于计算每个字节码指令对应的源代码行数。
The main purpose of the field "co_varnames" is to indicate a name defined locally in a code object.。
co_names，和 co_varnames 相反，表示非本地定义但是在 code object 当中使用的名字。
co_nlocals，这个字段表示在一个 code object 当中本地使用的变量个数。
co_stackszie，因为 python 虚拟机是一个栈式计算机，这个参数的值表示这个栈需要的最大的值。
co_cellvars，co_freevars，这两个字段主要和嵌套函数和函数闭包有关。
Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!