Как python исполняет код

Как работает Python: интерпретатор, байт-код, PVM

Python — интерпретируемый язык программирования. Он не конвертирует свой код в машинный, который понимает железо (в отличие от С и С++). Вместо этого, Python-интерпретатор переводит код программы в байт-код, который запускается на виртуальной машине Python (PVM). Давайте рассмотрим подробнее, как это работает на примере самой популярной реализации интерпретатора — CPython.

Интерпретатор — это программа, которая конвертирует ваши инструкции, написанные на Python, в байт-код и выполняет их. По сути интерпретатор — это программный слой между вашим исходным кодом и железом.

Существует 2 типа интерпретаторов:

• Простой интерпретатор . Он берет одну инструкцию, транслирует и сразу выполняет ее, а затем берет следующую инструкцию.
• Интерпретатор компилирующего типа . Это система из компилятора и интерпретатора. Компилятор переводит исходный код программы в промежуточное представление (байт-код), а интерпретатор (виртуальная машина) выполняет этот байт-код.

• Интерпретатор компилирующего типа (благодаря этому достигается большее быстродействие выполнения программ).
• Считается эталонной реализацией языка Python.
• Написан на C.
• Исходный код CPython находится в открытом доступе.
• Его разработка ведётся группой разработчиков под руководством Гвидо ван Россума — создателя Python.

Кроме этого, у интерпретатора CPython есть особенность — он может работать в режиме диалога (REPL — read-eval-print loop). Интерпретатор считывает законченную конструкцию языка, выполняет её, печатает результаты и переходит к ожиданию ввода пользователем следующей конструкции.

Как CPython выполняет программы

Интерпретатор «Питона» выполняет любую программу поэтапно.

Этап #1. Инициализация

После запуска вашей программы, Python-интерпретатор читает код, проверяет форматирование и синтаксис. При обнаружении ошибки он незамедлительно останавливается и показывает сообщение об ошибке.

Помимо этого, происходит ряд подготовительных процессов:

• анализ аргументов командной строки;
• установка флагов программы;
• чтение переменных среды и т.д.

Этап #2. Компиляция

Интерпретатор транслирует (переводит) исходные инструкции вашей программы в байт-код (низкоуровневое, платформонезависимое представление исходного текста). Такая трансляция необходима в первую очередь для повышения скорости — байт-код выполняется в разы быстрее, чем исходные инструкции.

Если Python-интерпретатор обладает правом записи, он будет сохранять байт-код в виде файла с расширением .pyc . Если исходный текст программы не изменился с момента последней компиляции, при следующем запуске вашей программы, Python сразу загрузит файл .pyc , минуя этап компиляции (тем самым ускорит процесс запуска программы).

Этап #3. Выполнения

Как только байт-код скомпилирован, он отправляется на виртуальную машину Python (PVM). Здесь выполняется байт-код на PVM. Если во время этого выполнения возникает ошибка, то выполнение останавливается с сообщением об ошибке.

PVM является частью Python-интерпретатора. По сути это просто большой цикл, который выполняет перебор инструкций в байт-коде и выполняет соответствующие им операции.

Альтернативы CPython

CPython является стандартной реализацией, но существуют и другие реализации, созданные для специфических целей и задач.

Jython

Основная цель данный реализации — тесная интеграция с языком Java. Работает следующим образом:

1. Java-классы выполняют компиляцию программного кода на языке Python в байт-код Java.
2. Полученный байт-код запускается на виртуальной машине Java (JVM).

Jython позволить Python-программам управлять Java-приложениями. Во время выполнения такая программа ведет себя точно так же, как настоящая программа на языке Java.

IronPython

Предназначена для обеспечения интеграции Python-программ с C# приложениями на Microsoft .NET Framework или Mono. Принцип работы такой же, как и у Jython.

PyPy

PyPy — это интерпретатор Python, написанный на Python (если быть точнее, то на RPython).

Особенностью PyPy является использование трассирующего JIT-компилятора (just-in-time), который на лету транслирует некоторые элементы в машинный код. Благодаря этому, при выполнении некоторых операций PyPy обгоняет CPython в несколько раз. Но плата за такую производительность — более высокое потребление памяти.

Источник

Запуск Python и python-скрипт на компьютере

Код, написанный на языке Python, может храниться в редакторе кода, IDE или файле. И он не будет работать, если не знать, как его правильно запускать.

В этом материале рассмотрим 7 способов запуска кода, написанного на Python. Они будут работать вне зависимости от операционной системы, среды Python или местоположения кода.

Где запускать Python-скрипты и как?

Python-код можно запустить одним из следующих способов:

1. С помощью командной строки операционной системы (shell или терминал);
2. С помощью конкретной версии Python или Anaconda;
3. Использовать Crontab;
4. Запустить код с помощью другого Python-скрипта;
5. С помощью файлового менеджера;
6. Использовать интерактивный режим Python;
7. Использовать IDE или редактор кода.

Запуск Python-кода интерактивно

Для запуска интерактивной сессии нужно просто открыть терминал или командную строку и ввести python (или python3 в зависимости от версии). После нажатия Enter запустится интерактивный режим.

Вот как запустить интерактивный режим в разных ОС.

Интерактивный режим в Linux

Откройте терминал. Он должен выглядеть приблизительно вот так :

После нажатия Enter будет запущен интерактивный режим Python.

Интерактивный режим в macOS

На устройствах с macOS все работает похожим образом. Изображение ниже демонстрирует интерактивный режим в этой ОС.

Интерактивный режим в Windows

В Windows нужно открыть командную строку и ввести python . После нажатия Enter появится приблизительно следующее:

Запуск Python-скриптов в интерактивном режиме

В таком режиме можно писать код и исполнять его, чтобы получить желаемый результат или отчет об ошибке. Возьмем в качестве примера следующий цикл.

Этот код должен выводить целые числа от 0 до 5. В данном случае вывод — все, что появилось после print(i) .

Для выхода из интерактивного режима нужно написать следующее:

И нажать Enter. Вы вернетесь в терминал, из которого и начинали.

Есть и другие способы остановки работы с интерактивным режимом Python. В Linux нужно нажать Ctrl + D, а в Windows — Ctrl + Z + Enter.

Стоит отметить, что при использовании этого режима Python-скрипты не сохраняются в локальный файл.

Как выполняются Python-скрипты?

Отличный способ представить, что происходит при выполнении Python-скрипта, — использовать диаграмму ниже. Этот блок представляет собой скрипт (или функцию) Python, а каждый внутренний блок — строка кода.

Первая строка (кода): Вторая = строка кода Третья строка > кода: Четвертая (строка == кода) Пятая строка кода

При запуске скрипта интерпретатор Python проходит сверху вниз, выполняя каждую из них. Именно таким образом происходит выполнение кода.

Блок-схема выполнения кода интерпретатором

• Шаг 1: скрипт или .py-файл компилируется, и из него генерируются бинарные данные. Готовый файл имеет расширение .pyc или .pyo.
• Шаг 2: генерируется бинарный файл. Он читается интерпретатором для выполнения инструкций.

Это набор инструкций, которые приводят к финальному результату.

Иногда полезно изучать байткод. Если вы планируете стать опытным Python-программистом, то важно уметь понимать его для написания качественного кода.

Это также пригодится для принятия решений в процессе. Можно обратить внимание на отдельные факторы и понять, почему определенные функции/структуры данных работают быстрее остальных.

Как запускать Python-скрипты?

Для запуска Python-скрипта с помощью командной строки сначала нужно сохранить код в локальный файл.

Возьмем в качестве примера файл, который был сохранен как python_script.py. Сохранить его можно вот так:

• Создать Python-скрипт из командной строки и сохранить его,
• Создать Python-скрипт с помощью текстового редактора или IDE и сохранить его. Просто создайте файл, добавьте код и сохраните как «python_script.py»

Сохранить скрипт в текстовом редакторе достаточно легко. Процесс ничем не отличается от сохранения простого текстового файла.

Но если использовать командную строку, то здесь нужны дополнительные шаги. Во-первых, в самом терминале нужно перейти в директорию, где должен быть сохранен файл. Оказавшись в нужной папке, следует выполнить следующую команду (на linux):

sudo nano python_script.py

После нажатия Enter откроется интерфейс командной строки, который выглядит приблизительно следующим образом:

Теперь можно писать код и с легкостью сохранять его прямо в командной строке.

Как запускать скрипт в командной строке?

Скрипты можно запустить и с помощью команды Python прямо в интерфейсе терминала. Для этого нужно убедиться, что вы указали путь до него или находитесь в той же папке. Для выполнения скрипта (python_script.py) откройте командную строку и напишите python3 python_script.py .

Замените python3 на python , если хотите использовать версию Python2.x.

Вот что будет храниться в самом файле python_script.py:

Источник