《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义_3.1 pyc 文件

【摘要】 本书摘自《自己动手写 Python 虚拟机》一书中第3章，第1节，海纳编著。

3.1 pyc 文件

先准备一个 pyc 文件。新建一个名为 hello.py 的文件，内容如下：

print 1+2*3

然后执行 python-m compileall hello.py 命令，就可以得到 hello.pyc 文件。还 有一种办法：直接运行 python 命令，进入 CPython 的交互式界面，然后执行 import hello不管用什么办法，得到的 pyc 文件是一个最简单的字节码文件。在 Windows 系

统上，可以通过Notepad++ 、UltraEdit 等十六进制查看工具来打开 pyc 文件。在

Linux 系统上，可以通过hexdump 工具来查看这个文件的内容，如图3.1所示。

接下来讲解 pyc 文件的各个组成部分。

pye 文件开头的四个字节，代表一个整数，被称为魔数(magic number),用于标

识文件类型和版本。需要注意的是，文件中高字节存储在高位，低字节存储在低位，

由于整型是4个字节，所以，使用 python 2.7 编译得到的 pyc 文件的魔数就 是0xa0df303。

文件的创建时间也是4个字节，这个域的意义不大，不再详细解释，略过。接下 来一定会是一个字符c, 也就是十六进制的0x63,出现在第9个字节，这个字符的意 义是：接下来是一个 CodeObject 结构。下面来详细分析这个结构。

CodeObject 的第一个域是一个整数，代表参数个数，记为 argcount; 可以看到在 hello.pye 这个例子中，argcount 的值为0。第二个域也是一个整数，代表局部变量的 个数，记为 nlocals, 这个域也是0。第三个域代表执行这段 code 所使用的操作数栈， 其深度的最大值记为stacksize; 在现在的例子中，这个值是3。第四个域是code 的属 性值，记为 flags, 值为0x40。关于 flags, 后面的章节会详细讲到，这里先略过。

再接下来就是本节要介绍的重点——字节码，它是以一个字符s 开头的，接下来 是一个整数，代表了这段code 的字节码的长度。在 hexdump 的结果的第二行，在字 符s 后面紧跟着一个整数0xd, 这就代表了这段字节码的长度是13。接下来的13个 字节，就是字节码了。

在字节码之后是常量表，记为 consts, 其中存着程序所使用的所有常量。它是一 个元组，在现阶段，可以把它理解成一个列表或者数组。这个元组以字符‘(’作为开 头，紧接着的是一个整数，代表元组中的元素个数，可以看到常量表的元素个数为5。 接着就是常量表中的5个元素。第一个元素的类型由字符 i 表示，表示第一个元素 是一个整数，它的值是接下来的四个字节，也就是1。同样的，第二个、第三个元素类 型也由i表示，它们也都是整数，分别是2和3。读者肯定已经注意到了这就是在 hello.py 的代码里使用的三个整数。再接下来是一个字符N, 代表了Python 中的 None, 这里先不关心这个None 是什么,在后面实现对象系统的时候，自然就会知道 这个 None 是怎么来的。最后一个元素仍然是一个整数，其值为6。这个6并没有在 源代码里出现，它是哪里来的呢?等到后面把字节码全部搞清楚以后，就会理解这个 问题。

常量表到这里就结束了。接下来是变量表，记为 names 。由于这段 Python 源代 码中没用使用任何的变量，所以变量表为空。在一个‘(’字符之后，紧跟一个整数0, 代表变量表为空。

变量表之后则是参数列表。这一项只在函数和方法里有用，代表了函数的输入

参数，先忽略它。接下来还有两个空的元组，分别是 cell_var 和 free_var, 用于构建闭 包，也临时忽略它们。

再接下来则是一个字符‘s’, 前面介绍过这代表一个字符串，接下来是一个整数， 代表了字符串的长度，可以看到这个字符串的长度为8,其值为“hello.py”,代表了源 文件的名字。再接下来是一个字符‘t’, 它也是一个字符串，格式与‘s’ 是完全相同 的，代表当前 code 所属的模块。

最后一项也是一个字符串，以字符‘s’ 标志。它是一个名为 line number table的 结构，在实现 Traceback 时，要输出详细的调用栈，会用到这个数据结构，这里先 略过。

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