程序实质

回顾上次内容

• py 的程序是依照程序

  • 一行行挨排解释执行的
  • 咱们能够 python3 -m pdb hello.py 来对程序调试
  • 调试的目标是去除 bug
  • 别胆怯 bug
  • bug 会有提醒
  • 咱们也就晓得如何 debug 调试
• python3 这个解释器到底是怎么执行的呢？🤔
• python3 到底是怎么解释 hello.py 的？
• 咱们得先来看看什么是 python3

啥是 Python3

# 什么是 python3
sudo whatis python3
#如果不能解释
sudo unminimize
# 更新工夫比拟长，更新完结后再
sudo whatis python3

• 帮忙通知咱们

  • python3 是一种解释性的、可交互的、面向对象的编程语言

python3 在哪？

#python3 在哪里？whereis python3
#可执行的这个货色到底在哪？which python3

在文件管理器中查看

• 这个 python3 是一个软链接文件
• 他指向 python3.8
• python3 就是 python3.8
• 他俩存在一个地位
• 都在 /usr/bin 外面

• python3.8 就在硬盘里存着

  • 地位就在 /usr/bin/python3.8

    • usr 是用户 user
    • bin 是二进制 binary
    • python3.8 是这个文件的名称
• 在运行命令的时候
• 把这个文件从硬盘装载到内存
• 而后用 cpu 开始逐行执行文件内容中的指令

钻研 python3

# 把 python3 拷贝到以后用户文件夹~
cp /usr/bin/python3 ~
#确认 python3 曾经到用户文件夹
ls ~/python3
#查看 python3 文件细节
ls -lah ~/python3

• python3 指向的 python3.8 只有 5.3M

  • 这个可执行文件怎么这么小？
  • 5.3M 这也就是一张照片的大小
  • 一年前的 Python3.5 只有 4.3M
  • 更小
  • 目前这 5.3M 的 Python3 外面到底有什么呢？🤔
• 关上看看！！！👊

# 运行用户文件夹下的这个刚考过来的 python3
~/python3

关上 python3

# 用 vi 关上这个刚拷贝过去的 python3
vi ~/python3

• 左下角 : 进入命令行模式

• :%!xxd咱们能够看到这个文件的二进制状态

  • %是指的对于所有行的范畴
  • ! 是执行外部命令
  • xxd指的是转化为 16 进制模式
• 这个 xxd 命令 到底什么意思🤔
• :q!退回到 shell 来看一下

对于 xxd

• man xxd

  • 查问 xxd 的帮忙手册
• xxd 能够查看文件的二进制状态
• :%!xxd –r 能够还原回去 😉
• 重复横跳

比照

• 从新 vi ~/python3
• :%!xxd
• 一行是（16）_{10 进制} 个字节
• G 到最初一行
• 有 343148 行
• 这就是 真正的机器语言🤭
• 存在硬盘上 01010 的二进制可执行指令！！
• 这些指令其实都能执行！！！
• 可是这个指令咱们看不懂怎么办？🤔

查看 Python3 汇编指令

# 把 python3 对应的汇编指令输入
objdump -d ~/python3 > ~/python3.asm
#分窗口别离关上关上 python3 和 python3.asm
vi -o python3 python3.asm

• 下图中上半局部是机器代码

  • 执行 :%!xxd 以 16 进制模式显示

• 下半局部是失去的相应汇编指令

  • 这个过程就是反汇编🧐

查找对应关系

• 423000 就是初始的 cpu 开始执行指令的中央
• endbr64 意味着 64 位完结分支
• • 后面能够是数据
• /4883 找到高低的对应关系
• 也就是第一条执行的汇编指令
• 汇编指令是计算机 cpu 指令的助记符
• 指令的汇合就是计算机的架构
• 架构也叫指令集

架构

• 不同架构的 cpu 就会有不同的指令集

  • 咱们目前的这个是 x86-64
  • 除此之外 arm、MIPS、RISC-V 也是罕用的指令集
  • 不同的架构想运行雷同的程序就须要移植

  • 如果不移植的话

    • 就像让一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪书来砌墙
    • 鸡同鸭讲
    • 驴唇不对马嘴

• 这里会有不同的 section 模块

  • 模块外面是具体的指令

  • 比方 48 83 ec 08 对应 sub $0x8,%rsp

    • 这是一条减法指令
    • 具体语法须要查问指令集 (x86-64) 对应的汇编文档手册

查看指令集

• 能够在 shell 用 uname -a 进行查看本机所用的指令集
• 以后指令集是 x86_64

• sub 属于计算指令
• 位于下图第 5 行

Python3 执行过程

Python3 执行的过程大抵是这样

• 把参数 hello.py 导入内存
• 剖析 hello.py 词法构造
• 把文件分成一个个 单词
• 通过单词组成表达式

• 通过表达式组成语句

  • 比方 print(“hello”)
  • 这就是一个语句
  • 而后编译成 Python 虚拟机指令 的指标文件
• 应用 Python3 这个二进制程序
• 对于生成的语法树
• 进行解释并且执行

换句话说

• 简化版的 Python3 的执行过程是：

  • 零碎执行 python3 这个可执行文件

    • 也就是把硬盘上的文件装在到内存
    • 而后按程序还行
    • python3 实现后续工作

• 给了 python3 一个参数 hello.py

  • 应用 python3 这个解释器来解释 hello.py
  • 一句句的顺次解释执行

• 全解释实现后

  • 最终程序执行实现

• 这些都是基于解释器 python3.8 的

  • 而解释器是用指标架构的机器语言间接在 cpu 上运行的

架构的档次

• 不同架构的 cpu 都能够运行 python

  • risc-v
  • arm
  • x64
  • mips
  • 龙芯

• 不同零碎的环境都能够运行 python

  • win
  • mac
  • linux

跨架构跨平台原理

• 因为 /usr/bin/python3.8 自身是二进制文件

  • 是基于以后操作系统以后架构的可执行二进制文件

• python3.8 构建了一个运行时环境

  • 这个环境能够解释读到的python 语句
  • 把 python 语句 翻译成零碎能读懂输入输出
  • 翻译成以后物理架构可能执行的代码
• 而后进行执行

总结

• python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件

  • python3 外面全都是 cpu 指令
  • 能够执行的那种

  • 咱们能够把指令对应的汇编找到

    • objdump -d ~/python3 > python3.asm

• 汇编语句是和以后机器架构的指令集相干的

  • uname -a能够查问指令集

• 咱们执行的过程其实就

  • 零碎执行 python3 这个可执行文件
  • 给了 python3 一个参数hello.py
  • python3对于 hello.py 一句句的解释执行
  • 在显示器输入了hello world
  • python3执行结束
  • 把控制权交回给 shell
• 这就是咱们执行 hello world 的过程
• 为什么咱们学编程总是从 hello world 开始呢？🤔
• 咱们下次再说！👋