python虚拟机pyc文件结构的深入理解

Python虚拟机pyc文件结构的深入理解

什么是pyc文件

在Python中，代码文件在运行时会首先被解析器转换成字节码，然后再由解释器运行字节码。Py源代码并不会被直接执行，而是在运行时被动态编译成字节码，这些字节码可以被Python的虚拟机执行。Python编译字节码的结果可以保存在磁盘上，形成pyc文件。对于相同的Python源文件，每次编译得到的pyc文件都不同，这是因为pyc文件包含了编译时的时间戳和其他元信息。

pyc文件的结构

Py虚拟机中的pyc文件是二进制文件，由不同的块组成，每个块包含一个头部和一个数据部分。我们可以利用Python内置的模块dis进行反汇编，查看pyc文件的具体结构。

import dis

with open('test.pyc', 'rb') as f:
    magic = f.read(4)  # 4字节的魔法数

    modification_timestamp = int.from_bytes(f.read(4), byteorder='little')  # 4字节的编译时间戳
    # ...
    code_object = dis._get_code_object(f)  # 获取code object
    # ...

dis.dis(code_object)  # 输出字节码指令

文件头部包含4字节的魔法数、4字节的编译时间戳，还有其他元信息。文件数据部分包含了编译时生成的Code Object对象。Code Object对象包含了函数的字节码指令、常量池、变量名等信息。我们可以通过dis反汇编pyc文件来查看它的具体结构。

示例1：生成pyc文件

# example1.py
def square(x):
    return x ** 2

执行以下命令，可以将example1.py编译成pyc文件：

$ python -c "import compileall; compileall.compile_file('example1.py')"

生成的pyc文件为example1.pyc，可以使用dis模块查看其结构：

import dis

with open('example1.pyc', 'rb') as f:
    magic = f.read(4)  # 4字节的魔法数

    modification_timestamp = int.from_bytes(f.read(4), byteorder='little')  # 4字节的编译时间戳
    # ...
    code_object = dis._get_code_object(f)  # 获取code object
    # ...

dis.dis(code_object)  # 输出字节码指令

输出结果为（部分内容）：

  2           0 LOAD_FAST                0 (x)
              2 LOAD_CONST               1 (2)
              4 BINARY_POWER
              6 RETURN_VALUE

示例2：pyc文件的运行

下面是一个pyspider爬虫项目的结构：

├── myspider
│   ├── __pycache__
│   │   ├── __init__.cpython-38.pyc
│   │   └── myspider.cpython-38.pyc
│   ├── __init__.py
│   ├── items.py
│   ├── pipelines.py
│   ├── project.py
│   ├── settings.py
│   └── spiders
│       ├── __init__.py
│       └── myspider.py
└── run.py

其中myspider.py的内容为：

import json
import requests
from pyspider.libs.base_handler import *


class MySpider(BaseHandler):
    @every(minutes=10)
    def on_start(self):
        self.crawl('https://httpbin.org/get')

    @config(age=10 * 60)
    def index_page(self, response):
        print(json.loads(response.text)['headers'])

    def on_result(self, result):
        print(result)

我们在外部run.py中导入myspider模块，并创建一个MySpider对象。这时，Python会自动加载myspider.pyc文件，对其中的代码进行解释执行。

from myspider import MySpider

spider = MySpider()
spider.run()

在这个过程中，Python的虚拟机会把myspider.pyc文件加载到内存中，并且执行其中的字节码指令，从而完成爬虫的启动过程。

总结

本文通过讲解pyc文件的结构和生成过程，深入理解Python的字节码和虚拟机的功能。了解pyc文件的结构对Python的性能优化和安全性有重要意义。同时，我们还通过实际示例演示了pyc文件的生成和运行过程。