第二章 Python如何运行程序

本章我们将学习，Python解释器通常是如何执行程序的

Python解释器简介

当你编写了一段Python程序，解释器将读取程序，并按照其中的命令执行，得出结果。实际上，解释器是代码与机器的计算机硬件之间的软件逻辑层。

当Python软件包安装在机器上后，他会生成一些组件：至少包括一个解释器和一套支持库

程序执行

程序员视角

一个Python程序仅是一个包含Python语句的文本文件

你可以用任何自己喜欢的文本编辑器创建Python语句组成的文件；按照惯例，python文件是以.py结尾的。从技术上来讲，这种命名方案在被“导入”时才是必须的，但是绝大多数python文件为了统一都是以.py命名的

Python的视角

在代码开始处理之前，python还会执行一些步骤。确切地说，第一步是编译成所谓的“字节码”，之后将其转发到所谓的“虚拟机”中

字节码编译

编译——Python通过把你的每一条源语句分解为单一步骤来翻译成一组字节码指令。（字节码运行速度快很多）

如果Python进程有机器写入权限，会把字节码保存为.pyc文件（3.2版本以后，保存在__pycache__子目录中）
这样保存字节码是作为对启动速度的一种优化；下次运行程序时，如果期间没有修改过源代码，并且运行使用的是同一个python编译器版本，那么python将会加载.pyc文件并跳过编译这个步骤：
源文件的改变：自动检查源文件和字节码文件最后一次修改的时间戳
Python的版本：导入机制同时检查是否需要因为使用了不同的python版本而重新编译（3.2之前版本信息保存在.pyc文件中，3.2之后保存在.pyc文件名中）
如果无法在机器上写入文件，字节码会在内存中生成，并在程序结束时直接被丢弃
字节码文件同样是发布python程序的方法之一：如果只有pyc，python也可以运行该程序
字节码只会针对哪些被导入的文件而生成，而不是顶层的执行脚本（严格来说，是一种针对导入的优化）；文件仅在程序运行（或可能编译）时才会被导入，而且在交互式命令行中输入的命令不会生成字节码

Python虚拟机（PVM）

一旦程序编译成字节码，之后的字节码发送到PVM程序上来执行。

PVM不是一个独立的程序，不需要安装；本质上，就是迭代运行字节码指令的一个大循环，一个接一个地完成操作。

PVM是Python的运行时引擎，时常表现为Python系统的一部分，并且是实际运行脚本的组件。

从技术上讲，是作为python解释器的最后一步

性能的含义

区别于传统语言：

python工作中通常没有构建或者“make”的步骤：代码在写好之后立即运行；
python字节码不是机器的二进制代码，是特定于Python的一种表现形式

这就是python无法运行的像C、C++一样快的原因，PVM仍需解释字节码，并且字节码指令比CPU指令需要更多的工作；

python区别于还需内部编译的经典解释器，并不需要反复重新分析、分解每一行源代码；

所以结果是——纯python的运行速度介于传统的编译语言和传统的解释语言之间

开发的含义

python执行模型导致的结果是其开发和执行的环境实际上并没有区别

动态语言——我们在python中真正拥有的只有运行时：完全不需要初始的编译阶段，所有的事情都是在程序运行时发生的

执行模型的变体

一些针对图2-2的变体

Python的各种实现

主要有5种——Cpython、Jython、IronPython、Stackless、PyPy；还包括Cython、Shed Skin

Cpython是标准的实现，也是大多数读者将选择使用的（也是本书的版本）；PyPy是一个现成的CPython的替代品，可以更快地运行大多数程序；Jython和IronPython是完全独立的Python实现，能够提供直接的Java和.NET组件的使用接口；Jython和IronPython通过提供Python语言更完整的解决方案