53. Byte Code 的栖身之所 PyCodeObject

字节码 (ByteCode) 是一组精心构建的二进制表示，其中主要包含两种信息：

执行什么操作；
操作的参数；

除此之外 Python 中的各种常量、名称、变量也在字节码中。

Python 的面向对象非常彻底，字节码的管理也没有脱离对象，如同上一节提到的，VM 执行的是一个加 co 的东西，它的类型是 PyCodeObject，它是 ByteCode 的栖身之所。下面节选了其中最关键的部分：

/* Bytecode object */
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    int co_argcount;            /* 参数数量，不含可变参数 */
    int co_posonlyargcount;     /* 位置参数数量 */
    int co_kwonlyargcount;      /* 命名参数数量 */
    int co_nlocals;             /* 局部变量数量 */
    int co_stacksize;           /* 总的调用栈大小 */
    int co_flags;               /* 一些标识位 */
    int co_firstlineno;         /* 第一行代码的行号 */

    PyObject *co_code;          /* 字节码本尊！ */

    PyObject *co_consts;        /* 常量，数组 */
    PyObject *co_names;         /* 名称，数组 */
    PyObject *co_varnames;      /* 局部变量名，元组*/
    PyObject *co_freevars;      /* 闭包中的变量，元组 */
    PyObject *co_cellvars;      /* 嵌套函数中的局部变量，元组 */

    // ··· ···
} PyCodeObject;

后面还有一些成员这里没有列出，暂时不必关心他们。Python VM 总是会收到这样的 co 对象，当它收到这个对象就知道：

有多少参数；
用到了哪些局部变量；
需要准备多大的栈空间；
第一行有效代码是从何处开始的；
字节码和各种实际变量的情况；

这些信息都是在编译阶段生成的。

VM 就像得到了一份 CodeObject 的告白，娓娓道来，事无巨细。根据这些信息，VM 就可以做好执行 ByteCode 的准备，稳稳当当不会出什么纰漏。

这里第一行有效代码的行号信息，对生成调试信息很重要，已经可以看到原始的 py 文件，经过 “编译” 以后，已经面目全非了，如果不保存哪几行 ByteCode 是由哪一行 py 源码生成的，出了问题都不知道找谁去。在 co 中的 co_lnotab 的成员就完成了这样的工作，通常一行 py 源码可以生成多行 ByteCode，为了压缩数据，co_lnotab 记录的只是当前行相对上一行 py 源码的行号增量，这样一步一步就可以捋清除当前的真实行号。但第一行 py 源码是例外，因为它没有 “上一行”，就只好直接在 co 中保留一个属性记录这个信息了。

再贴出上一节反汇编出来的 ByteCode:

  2           0 LOAD_GLOBAL              0 (print)
              2 LOAD_CONST               1 ('hello world.')
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 POP_TOP
              8 LOAD_CONST               0 (None)
             10 RETURN_VALUE
None

co 中所有的 CONST、NAME 之类的信息都单独保存在一个 list 中，而非直接嵌入汇编。这样的好处是，代码中多处使用的重复数据，只用保存一份就好了，比如多个地方用到 'hello world.'，假设该字符串位于 CONST 列表的位置 0，那么只要指明加载 “CONST[0]” 就好了，无论代码里用到多少次 'hello world.'，co 中都只存在一个副本，这样省了不少事儿！

现在不妨让我们大胆的猜测 VM 中的图景：

VM 通过解析 CodeObject，创建了这样一个执行环境，如果将 co_names 和 co_consts 都归结为常量，那么 VM 的执行环境可以总结为：

常量（不可变量、名称等等等）
变量（参数、局部变量等等）
Code （真正的二进制字节码）
执行栈

所以通过 dis 模块反汇编得到的代码里，1 ('hello world.') 这样的东西并不是 ByteCode 中的真实情况，实际上 ByteCode 中的参数只有 1，括号里的信息是 dis 模块生成的辅助信息。

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