Python 直譯器的工作原理是什麼?


什麼是直譯器?

Python 直譯器就像一個計算機轉換器,它將高階語言轉換為低階機器語言,這是計算機理解程式設計師編寫的程式碼所必需的。Python 程式碼由名為 CPython 的直譯器執行,CPython是用 C 語言編寫的,它逐行執行程式碼塊中的指令。

使用的步驟

  • 詞法分析

  • 語法分析

  • 建立位元組碼

  • 轉換為機器可執行程式碼

  • 返回輸出

讓我們詳細瞭解這些步驟。

步驟 1:詞法分析

分析 Python 程式碼塊的第一步是從詞法分析開始,其中直譯器正在執行的單行程式碼被轉換為更小的部分。每個部分稱為一個標記,這些標記由詞法分析器生成,詞法分析器是 Python 直譯器的一部分。從本質上講,這可以被認為是直譯器將使用者指令分解成小塊以逐塊處理的過程。

步驟 2:語法分析

在此步驟中,Python 直譯器的另一個元件,稱為解析器,執行解析過程。現在,解析實際上是一個過程,在這個過程中,詞法分析階段生成的標記被轉換成稱為抽象語法樹的結構。這棵樹顯示了從特定程式碼行生成的標記之間的關係。在這裡,Python 直譯器還會檢查語法錯誤,如果發現錯誤,直譯器將停止程式碼轉換並顯示錯誤訊息。

步驟 3:建立位元組碼

在成功完成語法分析階段後,編譯器(Python 直譯器的另一個部分)將抽象語法樹轉換為中間語言程式碼,稱為位元組碼。這是原始程式碼的編譯版本,它是一種低階、與平臺無關的表示形式。此位元組碼儲存在一個與原始原始檔同名的檔案中,但副檔名為“.pyc”而不是“.py”。這是一個完全隱藏在開發者之外的內部步驟,執行位元組碼比原始程式碼語句快得多。

步驟 4:轉換為機器可執行程式碼

Python 直譯器最重要的部分之一是 Python 虛擬機器 (PVM)。正是編譯器的這一部分真正執行 Python 程式。PVM 是 Python 的實際執行時引擎,可以概括為一個大的迴圈,它逐語句迭代地遍歷儲存在副檔名為 .pyc 的檔案中的位元組碼指令。然後它將語句轉換為機器程式碼,即二進位制程式碼(0 和 1)。它還整合並載入程式中涉及的輸入和庫,以便可以成功執行所需的指令。PVM 是真正執行 Python 指令碼的直譯器部分。

步驟 5:返回輸出

程式碼轉換為二進位制程式碼後,它將由直譯器執行。如果發生錯誤,它將顯示訊息並退出。此類錯誤稱為執行時錯誤。如果程式執行期間沒有執行時錯誤,則直譯器將列印輸出併成功退出。

結論

在這裡,我們瞭解了 CPython 直譯器在執行 Python 程式碼指令碼時的工作原理。直譯器發生變化時可能會略有不同,但大致來說,這些是執行程式碼的必要步驟。Python 直譯器在平滑除錯方面的實用性是 Python 成為當今最流行的程式語言之一的主要原因之一。

更新於:2023年3月24日

5000+ 次瀏覽

開啟你的職業生涯

透過完成課程獲得認證

開始學習
廣告