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這篇文章主要介紹了Python虛擬機中的Code obejct有什么作用的相關知識，內容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Python虛擬機中的Code obejct有什么作用文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。
typedef struct {
PyObject_HEAD
int co_argcount; /* #arguments, except *args */
int co_kwonlyargcount; /* #keyword only arguments */
int co_nlocals; /* #local variables */
int co_stacksize; /* #entries needed for evaluation stack */
int co_flags; /* CO_..., see below */
PyObject *co_code; /* instruction opcodes */
PyObject *co_consts; /* list (constants used) */
PyObject *co_names; /* list of strings (names used) */
PyObject *co_varnames; /* tuple of strings (local variable names) */
PyObject *co_freevars; /* tuple of strings (free variable names) */
PyObject *co_cellvars; /* tuple of strings (cell variable names) */
/* The rest aren't used in either hash or comparisons, except for
co_name (used in both) and co_firstlineno (used only in
comparisons). This is done to preserve the name and line number
for tracebacks and debuggers; otherwise, constant de-duplication
would collapse identical functions/lambdas defined on different lines.
*/
unsigned char *co_cell2arg; /* Maps cell vars which are arguments. */
PyObject *co_filename; /* unicode (where it was loaded from) */
PyObject *co_name; /* unicode (name, for reference) */
int co_firstlineno; /* first source line number */
PyObject *co_lnotab; /* string (encoding addr<->lineno mapping) See
Objects/lnotab_notes.txt for details. */
void *co_zombieframe; /* for optimization only (see frameobject.c) */
PyObject *co_weakreflist; /* to support weakrefs to code objects */
} PyCodeObject;下面是 code object 當中各個字段的作用：
首先需要了解一下代碼塊這個概念，所謂代碼塊就是一個小的 python 代碼，被當做一個小的單元整體執行。在 python 當中常見的代碼塊塊有：函數體、類的定義、一個模塊。
argcount，這個表示一個代碼塊的參數個數，這個參數只對函數體代碼塊有用，因為函數可能會有參數，比如上面的 pycdemo.py 是一個模塊而不是一個函數，因此這個參數對應的值為 0 。
co_code，這個對象的具體內容就是一個字節序列，存儲真實的 python 字節碼，主要是用于 python 虛擬機執行的，在本篇文章當中暫時不詳細分析。
co_consts，這個字段是一個列表類型的字段，主要是包含一些字符串常量和數值常量，比如上面的 "__main__" 和 100 。
co_filename，這個字段的含義就是對應的源文件的文件名。
co_firstlineno，這個字段的含義為在 python 源文件當中第一行代碼出現的行數，這個字段在進行調試的時候非常重要。
co_flags，這個字段的主要含義就是標識這個 code object 的類型。0x0080 表示這個 block 是一個協程，0x0010 表示這個 code object 是嵌套的等等。
co_lnotab，這個字段的含義主要是用于計算每個字節碼指令對應的源代碼行數。
co_varnames，這個字段的主要含義是表示在一個 code object 本地定義的一個名字。
co_names，和 co_varnames 相反，表示非本地定義但是在 code object 當中使用的名字。
co_nlocals，這個字段表示在一個 code object 當中本地使用的變量個數。
co_stackszie，因為 python 虛擬機是一個棧式計算機，這個參數的值表示這個棧需要的最大的值。
co_cellvars，co_freevars，這兩個字段主要和嵌套函數和函數閉包有關，我們在后續的文章當中將詳細解釋這個字段。
現在我們使用一些實際的例子來分析具體的 code object 。
import dis import binascii import types d = 10 def test_co01(c): a = 1 b = 2 return a + b + c + d
在前面的文章當中我們提到過一個函數是包括一個 code object 對象，test_co01 的 code object 對象的輸出結果（完整代碼見co01）如下所示：
code
argcount 1
nlocals 3
stacksize 2
flags 0043 0x43
code b'6401007d01006402007d02007c01007c0200177c0000177400001753'
9 0 LOAD_CONST 1 (1)
3 STORE_FAST 1 (a)
10 6 LOAD_CONST 2 (2)
9 STORE_FAST 2 (b)
11 12 LOAD_FAST 1 (a)
15 LOAD_FAST 2 (b)
18 BINARY_ADD
19 LOAD_FAST 0 (c)
22 BINARY_ADD
23 LOAD_GLOBAL 0 (d)
26 BINARY_ADD
27 RETURN_VALUE
consts
None
1
2
names ('d',)
varnames ('c', 'a', 'b')
freevars ()
cellvars ()
filename '/tmp/pycharm_project_396/co01.py'
name 'test_co01'
firstlineno 8
lnotab b'000106010601'字段 argcount 的值等于 1，說明函數有一個參數，這個函數 test_co01 有一個參數 c 是相互對應的。
字段 nlocals 的值等于 3，說明在函數 test_co01 當中一個一共實現了三個函數本地變量 a, b, c 。
字段 names，對應代碼代碼當中的 co_names，根據前面的定義就是 d 這個全局變量在函數 test_co01 當中使用，但是卻沒有在函數當中定義了。
字段 varnames，這個就表示在本地定義使用的變量了，在函數 test_co01 當中主要有三個變量 a, b, c 。
字段 filename，就是 python 文件的地址了。
字段 firstlineno 說明函數的第一行出現在對應 python 代碼的 第 8 行。
我們具體使用 python3.5 的源代碼進行分析，在 cpython 虛擬機的具體實現如下所示（Include/code.h）：
/* Masks for co_flags above */ #define CO_OPTIMIZED 0x0001 #define CO_NEWLOCALS 0x0002 #define CO_VARARGS 0x0004 #define CO_VARKEYWORDS 0x0008 #define CO_NESTED 0x0010 #define CO_GENERATOR 0x0020 /* The CO_NOFREE flag is set if there are no free or cell variables. This information is redundant, but it allows a single flag test to determine whether there is any extra work to be done when the call frame it setup. */ #define CO_NOFREE 0x0040 /* The CO_COROUTINE flag is set for coroutine functions (defined with ``async def`` keywords) */ #define CO_COROUTINE 0x0080 #define CO_ITERABLE_COROUTINE 0x0100
如果 flags 字段和上面的各個宏定義進行 & 運算，如果得到的結果大于 0，則說明符合對應的條件。
上面的宏定義的含義如下所示：
CO_OPTIMIZED，這個字段表示 code object 是被優化過的，使用函數本地定義的變量。
CO_NEWLOCALS，這個字段的含義為當這個 code object 的代碼被執行的時候會給棧幀當中的 f_locals 對象創建一個 dict 對象。
CO_VARARGS，表示這個 code object 對象是否含有位置參數。
CO_VARKEYWORDS，表示這個 code object 是否含有關鍵字參數。
CO_NESTED，表示這個 code object 是一個嵌套函數。
CO_GENERATOR，表示這個 code object 是一個生成器。
CO_COROUTINE，表示這個 code object 是一個協程函數。
CO_ITERABLE_COROUTINE，表示 code object 是一個可迭代的協程函數。
CO_NOFREE，這個表示沒有 freevars 和 cellvars，即沒有函數閉包。
現在再分析一下前面的函數 test_co01 的 flags，他對應的值等于 0x43，則說明這個函數滿足三個特性分別是 CO_NEWLOCALS，CO_OPTIMIZED 和 CO_NOFREE。
我們使用下面的函數來對這兩個字段進行分析：
def test_co02(): a = 1 b = 2 def g(): return a + b return a + b + g()
上面的函數的信息如下所示（完整代碼見co02）：
code
argcount 0
nlocals 1
stacksize 3
flags 0003 0x3
code
b'640100890000640200890100870000870100660200640300640400860000'
b'7d0000880000880100177c00008300001753'
15 0 LOAD_CONST 1 (1)
3 STORE_DEREF 0 (a)
16 6 LOAD_CONST 2 (2)
9 STORE_DEREF 1 (b)
18 12 LOAD_CLOSURE 0 (a)
15 LOAD_CLOSURE 1 (b)
18 BUILD_TUPLE 2
21 LOAD_CONST 3 (<code object g at 0x7f133ff496f0, file "/tmp/pycharm_project_396/co01.py", line 18>)
24 LOAD_CONST 4 ('test_co02.<locals>.g')
27 MAKE_CLOSURE 0
30 STORE_FAST 0 (g)
20 33 LOAD_DEREF 0 (a)
36 LOAD_DEREF 1 (b)
39 BINARY_ADD
40 LOAD_FAST 0 (g)
43 CALL_FUNCTION 0 (0 positional, 0 keyword pair)
46 BINARY_ADD
47 RETURN_VALUE
consts
None
1
2
code
argcount 0
nlocals 0
stacksize 2
flags 0013 0x13
code b'8800008801001753'
19 0 LOAD_DEREF 0 (a)
3 LOAD_DEREF 1 (b)
6 BINARY_ADD
7 RETURN_VALUE
consts
None
names ()
varnames ()
freevars ('a', 'b')
cellvars ()
filename '/tmp/pycharm_project_396/co01.py'
name 'g'
firstlineno 18
lnotab b'0001'
'test_co02.<locals>.g'
names ()
varnames ('g',)
freevars ()
cellvars ('a', 'b')
filename '/tmp/pycharm_project_396/co01.py'
name 'test_co02'
firstlineno 14
lnotab b'0001060106021502'從上面的輸出我們可以看到的是，函數 test_co02 的 cellvars 為 ('a', 'b')，函數 g 的 freevars 為 ('a', 'b')，cellvars 表示在其他函數當中會使用本地定義的變量，freevars 表示本地會使用其他函數定義的變量。
再來分析一下函數 test_co02 的 flags，他的 flags 等于 0x3 因為有閉包的存在因此 flags 不會存在 CO_NOFREE，也就是少了值 0x0040 。
這個字段存儲的是在函數在被虛擬機執行的時候所需要的最大的棧空間的大小，這也是一種優化手段，因為在知道所需要的最大的棧空間，所以可以在函數執行的時候直接分配指定大小的空間不需要在函數執行的時候再去重新擴容。
def test_stack(): a = 1 b = 2 return a + b
上面的代碼相關字節碼等信息如下所示：
code
argcount 0
nlocals 2
stacksize 2
flags 0043 0x43
code b'6401007d00006402007d01007c00007c01001753'
# 字節碼指令 # 字節碼指令參數 # 參數對應的值
24 0 LOAD_CONST 1 (1)
3 STORE_FAST 0 (a)
25 6 LOAD_CONST 2 (2)
9 STORE_FAST 1 (b)
26 12 LOAD_FAST 0 (a)
15 LOAD_FAST 1 (b)
18 BINARY_ADD
19 RETURN_VALUE
consts
None # 下標等于 0 的常量
1 # 下標等于 1 的常量
2 # 下標等于 2 的常量
names ()
varnames ('a', 'b')
freevars ()
cellvars ()我們現在來模擬一下執行過程，在模擬之前我們首先來了解一下上面幾條字節碼的作用：
LOAD_CONST，將常量表當中的下標等于 i 個對象加載到棧當中，對應上面的代碼 LOAD_CONST 的參數 i = 1。因此加載測常量等于 1 。因此現在棧空間如下所示：
STORE_FAST，將棧頂元素彈出并且保存到 co_varnames 對應的下標當中，根據上面的字節碼參數等于 0 ，因此將 1 保存到 co_varnames[0] 對應的對象當中。
LOAD_CONST，將下標等于 2 的常量加載進入棧中。
STORE_FAST，將棧頂元素彈出，并且保存到 varnames 下標為 1 的對象。
LOAD_FAST，是取出 co_varnames 對應下標的數據，并且將其壓入棧中。我們直接連續執行兩個 LOAD_FAST 之后棧空間的布局如下：
BINARY_ADD，這個字節碼指令是將棧空間的兩個棧頂元素彈出，然后將兩個數據進行相加操作，然后將相加得到的結果重新壓入棧中。
RETURN_VALUE，將棧頂元素彈出并且作為返回值返回。
從上面的整個執行過程來看整個棧空間使用的最大的空間長度為 2 ，因此 stacksize = 2 。
關于“Python虛擬機中的Code obejct有什么作用”這篇文章的內容就介紹到這里，感謝各位的閱讀！相信大家對“Python虛擬機中的Code obejct有什么作用”知識都有一定的了解，大家如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。
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