大师兄的Python源码学习笔记(十六): 虚拟机中的控制流(三)

大师兄的Python源码学习笔记(十五): 虚拟机中的控制流(二)
大师兄的Python源码学习笔记(十七): 虚拟机中的控制流(四)

三、虚拟机中的while循环控制流

  • 在Python3.7中只有三种基本控制结构:ifforwhile(Python3.10中会加入switch)。
  • 先写一段简单的代码:
demo.py

i = 0
while i<5:
    i+=1
  • 生成的字节码指令序列如下:
  1           0 LOAD_CONST               0 (0)
              2 STORE_NAME               0 (i)

  2           4 SETUP_LOOP              20 (to 26)
        >>    6 LOAD_NAME                0 (i)
              8 LOAD_CONST               1 (5)
             10 COMPARE_OP               0 (<)
             12 POP_JUMP_IF_FALSE       24

  3          14 LOAD_NAME                0 (i)
             16 LOAD_CONST               2 (1)
             18 INPLACE_ADD
             20 STORE_NAME               0 (i)
             22 JUMP_ABSOLUTE            6
        >>   24 POP_BLOCK
        >>   26 LOAD_CONST               3 (None)
             28 RETURN_VALUE
1. 循环初始化
  • for循环类似,虚拟机在SETUP处从当前活动的对象中申请了一块PyTryBlock空间,并填入一些当前的虚拟机状态正式开始循环。
4 SETUP_LOOP              20 (to 26)
        >>    6 LOAD_NAME                0 (i)
              8 LOAD_CONST               1 (5)
             10 COMPARE_OP               0 (<)
             12 POP_JUMP_IF_FALSE       24
2. 循环终止
  • 当虚拟机执行到COMPARE_OP时,会将比较的结果存放到运行时栈中(比较过程参考if控制流)。
  • 紧接着到POP_JUMP_IF_FALSE处,如果栈中的储存结果为False,则执行跳跃动作到POP_BLOCK
  • for循环控制流中我们知道POP_BLOCK将销毁PyTryBlock对象,从而结束循环过程。
3. 循环正常运转
  • 如果栈中的储存结果为True,则继续执行字节码指令,直到JUMP_ABSOLUTE
             14 LOAD_NAME                0 (i)
             16 LOAD_CONST               2 (1)
             18 INPLACE_ADD
             20 STORE_NAME               0 (i)
             22 JUMP_ABSOLUTE            6
  • 我们再for循环控制流中曾经见过JUMP_ABSOLUTE指令,他使虚拟机实现了字节码的向后回退动作,并跳转到循环刚刚初始化的部分。
  2           4 SETUP_LOOP              20 (to 26)
        >>    6 LOAD_NAME                0 (i)
  • 至此,完成了一次while循环控制流
4. 循环流程改变指令continue
  • continue是Python中的常用指令:
demo.py

i = 0
while i<5:
    i += 1
    if i==0:
        continue
  1           0 LOAD_CONST               0 (0)
              2 STORE_NAME               0 (i)

  2           4 SETUP_LOOP              30 (to 36)
        >>    6 LOAD_NAME                0 (i)
              8 LOAD_CONST               1 (5)
             10 COMPARE_OP               0 (<)
             12 POP_JUMP_IF_FALSE       34

  3          14 LOAD_NAME                0 (i)
             16 LOAD_CONST               2 (1)
             18 INPLACE_ADD
             20 STORE_NAME               0 (i)

  4          22 LOAD_NAME                0 (i)
             24 LOAD_CONST               0 (0)
             26 COMPARE_OP               2 (==)
             28 POP_JUMP_IF_FALSE        6

  5          30 JUMP_ABSOLUTE            6
             32 JUMP_ABSOLUTE            6
        >>   34 POP_BLOCK
        >>   36 LOAD_CONST               3 (None)
             38 RETURN_VALUE
  • 从上面的代码可以看到,在判断满足条件后:
             26 COMPARE_OP               2 (==)
             28 POP_JUMP_IF_FALSE        6

  5          30 JUMP_ABSOLUTE            6
  • 虚拟机执行了continue指令,即JUMP_ABSOLUTE,向后回退到LOAD_NAME指令处:
32 JUMP_ABSOLUTE            6
  • 这与python中对continue的定义一致。
5. 循环流程改变指令break
  • break指令可以跳出一层循环:
demo.py

while True:
    break
  2           0 SETUP_LOOP               6 (to 8)

  3     >>    2 BREAK_LOOP
              4 JUMP_ABSOLUTE            2
              6 POP_BLOCK
        >>    8 LOAD_CONST               0 (None)
             10 RETURN_VALUE
  • 从字节码指令可以看出,break指令对应BREAK_LOOP字节码指令。
  • BREAK_LOOP字节码指令对应以下代码:
ceval.c

        TARGET(BREAK_LOOP) {
            why = WHY_BREAK;
            goto fast_block_end;
        }
  • 在这段代码中,虚拟机首先设定跳出循环的原因为WHY_BREAK:
ceval.c

enum why_code {
        WHY_NOT =       0x0001, /* No error */
        WHY_EXCEPTION = 0x0002, /* Exception occurred */
        WHY_RETURN =    0x0008, /* 'return' statement */
        WHY_BREAK =     0x0010, /* 'break' statement */
        WHY_CONTINUE =  0x0020, /* 'continue' statement */
        WHY_YIELD =     0x0040, /* 'yield' operator */
        WHY_SILENCED =  0x0080  /* Exception silenced by 'with' */
};
  • 之后跳出一层循环:
ceval.c

fast_block_end:
        assert(why != WHY_NOT);

        /* Unwind stacks if a (pseudo) exception occurred */
        while (why != WHY_NOT && f->f_iblock > 0) {
            /* Peek at the current block. */
            PyTryBlock *b = &f->f_blockstack[f->f_iblock - 1];

            assert(why != WHY_YIELD);
            if (b->b_type == SETUP_LOOP && why == WHY_CONTINUE) {
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(PyLong_AS_LONG(retval));
                Py_DECREF(retval);
                break;
            }
            /* Now we have to pop the block. */
            f->f_iblock--;

            if (b->b_type == EXCEPT_HANDLER) {
                UNWIND_EXCEPT_HANDLER(b);
                continue;
            }
            UNWIND_BLOCK(b);
            if (b->b_type == SETUP_LOOP && why == WHY_BREAK) {
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(b->b_handler);
                break;
            }
            if (why == WHY_EXCEPTION && (b->b_type == SETUP_EXCEPT
                || b->b_type == SETUP_FINALLY)) {
                PyObject *exc, *val, *tb;
                int handler = b->b_handler;
                _PyErr_StackItem *exc_info = tstate->exc_info;
                /* Beware, this invalidates all b->b_* fields */
                PyFrame_BlockSetup(f, EXCEPT_HANDLER, -1, STACK_LEVEL());
                PUSH(exc_info->exc_traceback);
                PUSH(exc_info->exc_value);
                if (exc_info->exc_type != NULL) {
                    PUSH(exc_info->exc_type);
                }
                else {
                    Py_INCREF(Py_None);
                    PUSH(Py_None);
                }
                PyErr_Fetch(&exc, &val, &tb);
                /* Make the raw exception data
                   available to the handler,
                   so a program can emulate the
                   Python main loop. */
                PyErr_NormalizeException(
                    &exc, &val, &tb);
                if (tb != NULL)
                    PyException_SetTraceback(val, tb);
                else
                    PyException_SetTraceback(val, Py_None);
                Py_INCREF(exc);
                exc_info->exc_type = exc;
                Py_INCREF(val);
                exc_info->exc_value = val;
                exc_info->exc_traceback = tb;
                if (tb == NULL)
                    tb = Py_None;
                Py_INCREF(tb);
                PUSH(tb);
                PUSH(val);
                PUSH(exc);
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(handler);
                break;
            }
            if (b->b_type == SETUP_FINALLY) {
                if (why & (WHY_RETURN | WHY_CONTINUE))
                    PUSH(retval);
                PUSH(PyLong_FromLong((long)why));
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(b->b_handler);
                break;
            }
        } /* unwind stack */

        /* End the loop if we still have an error (or return) */

        if (why != WHY_NOT)
            break;

        assert(!PyErr_Occurred());

    } /* main loop */

    assert(why != WHY_YIELD);
    /* Pop remaining stack entries. */
    while (!EMPTY()) {
        PyObject *o = POP();
        Py_XDECREF(o);
    }

    if (why != WHY_RETURN)
        retval = NULL;

    assert((retval != NULL) ^ (PyErr_Occurred() != NULL));
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,718评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,683评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,207评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,755评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,862评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,050评论 1 291
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,136评论 3 410
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,882评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,330评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,651评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,789评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,477评论 4 333
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,135评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,864评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,099评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,598评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,697评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容