tinypy源码笔记（三）——虚拟机启动过程以及字节码分析

启动过程

直接开门见山好了，程序入口为vmmain.c的main函数，启动过程总结起来是以下四步

• 实例化虚拟机，分配内存，初始化根节点对象，初始化GC
• 编译，将python源文件编译成tpc字节码(python的字节码是pyc)
• 执行字节码
• 释放资源

具体代码分析如下

int main(int argc, char *argv[]) {
    tp_vm *tp = tp_init(argc,argv); // 根据命令行参数生成tp_vm实例
    tp_import(tp,argv[1],"__main__",0,0); // 执行目标python文件
    tp_deinit(tp); // 释放tp_vm实例占用的资源
    return(0);
}

然后再看看tp_init函数做了什么

tp_vm *tp_init(int argc, char *argv[]) {
    tp_vm *tp = _tp_init(); // 分配内存，初始化GC以及根节点对象
    tp_builtins(tp); // 注册built-in函数
    tp_args(tp,argc,argv); // 初始化命令行，赋值到全局变量ARGV
    tp_compiler(tp); // 编译源文件
    return tp;
}

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代码执行过程

代码执行过程主要在tp_import函数中，让我们来看看具体是怎么样子的。

核心代码如下

// _tp_import
if (!((fname.type != TP_NONE && _tp_str_index(fname,tp_string(".tpc"))!=-1) || code.type != TP_NONE)) {
    return tp_ez_call(tp,"py2bc","import_fname",tp_params_v(tp,2,fname,name));
}

g = tp_dict(tp);
tp_set(tp,g,tp_string("__name__"),name); // 模块名
tp_set(tp,g,tp_string("__code__"),code); // 模块字节码
tp_set(tp,g,tp_string("__dict__"),g);    // 模块的全局对象，也就是globals()
tp_frame(tp,g,code,0);                   // 非常重要，初始化方法栈，可以理解为初始化临时变量表locals()，创建新的函数调用栈
tp_set(tp,tp->modules,name,g);           // 注册模块到根节点,tp->moduels等价于python中的sys.modules

if (!tp->jmp) { tp_run(tp,tp->cur); }    // 看到run终于舒了一口气，要开始执行了

大丈夫不拘小节，抛开细节，我们看到tp_run最终是下面这样

tp->jmp += 1; if (setjmp(tp->buf)) { tp_handle(tp); } // 处理异常，不管
while (tp->cur >= cur && tp_step(tp) != -1); // 就是你了
tp->jmp -= 1; // 恢复现场

山重水复疑无路，柳暗花明又一村。tp_step其实才是我们要找的函数，看看函数大小就知道了，哈哈哈。tp_step实际上就已经是字节码的执行过程了，字节码听起来非常高大上，一说大家就想到了jvm啊之类的。其实字节码是非常简单，这也是实现跨平台的常用技术，其实就是字节化的中间代码。tinypy中一共有50个字节码，其中有49个有具体的含义,最后一个TP_ITOTAL无特殊意义，作为记录字节码长度作用（枚举值从0开始，TP_ITOTAL刚好等于前面的字节码个数)

下面开始介绍字节码，首先tinypy是基于寄存器的虚拟机字节码，主流语言使用寄存器的语言我知道的主要是lua和dalvik（安卓上的jvm），于此相对的是基于栈的虚拟机，目前大部分高级语言的虚拟机(java,C#,python)等都是基于栈的，关于这方面知识R大大在