基于Python的字节编译详解

什么是字节编译？

字节编译是将Python程序（源码.py文件）转化为Python可以理解的机器字节码的过程。字节码与源码有些不同，它是一种类似于汇编语言的低级代码，但比计算机指令更高级，能够直接在Python虚拟机上运行。

在Python中，将源码编译成字节码是一个可选的步骤，但是执行时使用字节码比使用源码更快，因为执行的时间是在虚拟机内部完成的，而不是通过解释器逐条解析源代码。此外，还可以将字节码打包成 .pyc 文件，这样下次再运行程序时，就可以直接使用这个文件了，而不需要再次编译。

如何进行字节编译？

手动编译

在命令行中，使用 python -m compileall 命令可以将指定目录下的所有Python文件进行编译。

例如，将当前目录下的所有Python文件编译成字节码：

python -m compileall .

编译成功后，会在每个.py文件同级目录下生成一个.pyc文件。

自动编译

在Python中，也可以使用 import 语句对模块进行自动编译。

在 import 一个模块时，Python会首先查找是否有该模块对应的.pyc文件，如果存在，就直接加载该文件；如果不存在，就会自动编译，生成.pyc文件，并保存在 pycache 目录下。

例如，我们在Python程序中使用了 import example，如果在当前目录下没有example.pyc文件，Python就会自动编译生成example.pyc，并保存在 pycache 目录下。

示例说明

示例1：手动编译

假设我们有一个 Python 程序 foo.py，内容如下：

print("Hello, world!")

我们可以手动编译这个程序，并生成对应的字节码文件 foo.pyc：

python -m compileall .

生成的结果是，我们在当前目录下新建了 pycache 目录，里面包含了 foo.pyc 文件。

.
├── foo.py
└── __pycache__
    └── foo.cpython-39.pyc

现在我们可以直接运行字节码文件：

python __pycache__/foo.cpython-39.pyc

输出结果为：

Hello, world!

示例2：自动编译

假设我们有两个 Python 程序：

mathlib.py：

def add(a, b):
    return a + b

test.py：

import mathlib

res = mathlib.add(3, 4)
print(res)

我们可以直接运行 test.py，Python会自动编译并执行 mathlib.py 中的代码：

python test.py

输出结果为：

7

同时，当前目录下会生成一个 pycache 目录，里面包含了编译后的 mathlib.pyc 文件。

.
├── mathlib.py
├── test.py
└── __pycache__
    └── mathlib.cpython-39.pyc