Python虛擬機器字節碼之控制流怎麼實現

控制流程實作

控制流程這部分程式碼主要涉及下面幾條字節碼指令，下面的所有字節碼指令都會有一個參數：

• JUMP_FORWARD，指令完整條指令會將目前執行字節碼指令的位置加上這個參數，然後跳到對應的結果繼續執行。

• 如果堆疊頂部元素為true，則改變位元組碼執行位置為接收的參數值的指令為「POP_JUMP_IF_TRUE」。將棧頂元素彈出。

• POP_JUMP_IF_FALSE，這條指令和 POP_JUMP_IF_TRUE 一樣，唯一差異就是判斷堆疊頂元素是否等於 true。

• JUMP_IF_TRUE_OR_POP，如果堆疊頂部元素等於等於 true 則將字節碼執行位置設定成參數對應的值，且不需要將堆疊頂元素彈出。如果棧頂元素為 false，就必須彈出該元素。

• JUMP_IF_FALSE_OR_POP，和JUMP_IF_TRUE_OR_POP一樣只不過需要堆疊頂元素等於 false 。

• JUMP_ABSOLUTE，直接將位元組碼的執行位置設定成參數的值。

總的來說，這些跳轉指令可以讓Python 的解釋器在執行字節碼時根據特定條件來改變執行流程，實現循環、條件語句等基本語言結構。

現在我們使用一個範例來深入理解上面的各種指令的執行過程。

import dis
 
 
def test_control01():
    a = 1
 
    if a > 1:
        print("a > 1")
    elif a < 1:
        print("a < 1")
    else:
        print("a == 1")
 
if __name__ == &#39;__main__&#39;:
    dis.dis(test_control01)

上面的程式輸出結果如下：

  6           0 LOAD_CONST                  0 (a)
 
  8           4 LOAD_FAST 0 (a)
              6 LOAD_CONST               1 (1)
                  10 POP_JUMP_IF_FALSE       22
 
  9          12 LOAD_GLALAL)   14 LOAD_CONST               2 (' a > 1')
             16 CALL_FUNCTION            1
                  26 (to 48)
 
 10     >>   22 LOAD_FAST                       1 (1)
             26 COMPARE_OP               0 (                30 LOAD_GLOBAL              0 (print)
             32 LOAD_CONST           32 LOAD_CONST     34 CALL_FUNCTION            1
             36 POP_TOP
            38 JUMP_#       3     >>   40 LOAD_GLOBAL              0 (print)
             42 LOAD_CONST            42 LOAD_CONST   1  #             44 CALL_FUNCTION            1
             46 POP_TOP##             0 (None)
             50 RETURN_VALUE


我們現在來模擬一下上面的位元組碼執行過程，我們使用counter 表示目前字節碼的執行位置：

在字節碼還沒開始執行之前，堆疊空間和counter 的狀態如下：

現在執行第一條字節碼LOAD_CONST，執行完之後counter = 2，因為這條字節碼佔一個字節，參數堆疊一個字節，因此下次執行的字節碼的位置在bytecode 的低三個位置，對應的下標為2，因此counter = 2 。

現在執行第二個字節碼STORE_FAST，讓a 指向1 ，同樣的STORE_FAST 操作碼和操作數各佔一個字節，因此執行完這條字節碼之後堆疊空間沒有數據，counter = 4 。

接下來LOAD_FAST 將a 指向的物件也就是1 載入進入堆疊中，此時的counter = 6，LOAD_CONST 將常數1 載入進行入堆疊空間當中，此時counter = 8，執行完這兩條指令之後，堆疊空間的變化如下圖所示：

接下來的一條指令是COMPARE_OP ，這個指令有一個參數表示比較的符號，這裡是比較a > 1，並且會將比較的結果壓入棧中，比較的結果是false ，因為COMPARE_OP 首先會將棧空間的兩個輸入彈出，因此在執行完這條指令之後堆疊空間和counter 的值如下：

下面一條指令為POP_JUMP_IF_FALSE，根據前面的字節碼意義，這個字節碼會將棧頂的false 彈出，並且會進行跳轉，並且將counter 的值直接編程參數的值，這裡他的參數是22 ，因此counter = 22，在執行完這條指令之後，結果如下：

因為現在已經跳到了22 ，因此接下來執行的指令為LOAD_FAST，將變數a 載入進入堆疊空間，LOAD_CONST 將常數1 載入進入堆疊空間，在執行完這兩條執行後，變化情況如下：

在次執行POP_JUMP_IF_FALSE，這回的結果也是false ，因此繼續執行POP_JUMP_IF_FALSE，這次的參數是40，直接將counter 的值設為40 。

接下來LOAD_GLOBAL 載入一個全域變數print 函數counter 變成42 ，LOAD_CONST 載入字串"a == 1" 進入堆疊空間，counter = 44，此時狀態如下：

CALL_FUNCTION 這個字節碼有一個參數，表示呼叫函數的參數的個數，這裡是1，因為print 函數只有一個參數，然後輸出字串"a== 1"，但這裡要注意的是print 函數會回傳一個None，因此執行完CALL_FUNCTION 之後狀態如下：

至此差不多上面的函數差不多執行完了，後面幾條字節碼很簡單，就不再進行敘述了。

以上是Python虛擬機器字節碼之控制流怎麼實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！