18 | Python编译器（二）：从AST到字节码

该思维导图由 AI 生成，仅供参考

Python编译器的编译过程包括词法分析、语法分析和生成字节码。在语义分析阶段，Python编译器建立符号表，进行引用消解和类型检查。符号表是针对每个模块生成的，包括模块、类和函数三种级别的块，构成树状结构。Python的指令一开始是一个字节长的，后来变成了一个字的长度，但仍然习惯上称为字节码。Python的虚拟机是基于栈的虚拟机，指令也很相似于Java。编译器以visit模式遍历整个AST，并建立基本块和指令。基本块是在进入一个作用域的时候生成的，循环语句、if语句还会产生额外的基本块。汇编过程是把每个基本块的指令对象转化成字节码，拼成一个整体，并生成PyCodeObject对象。窥孔优化器在字节码的基础上做了一些优化。总的逻辑是：以visit模式遍历整个AST，并建立基本块和指令。对于每种AST节点，都由相应的函数来处理。Python编译器的优化功能是很有限的。在编译的过程中，Python编译器的优化功能是很有限的。在compiler.c的代码中，你会看到一点优化逻辑。比如，在为if语句生成指令的时候，编译器就会看看if条件是否是个常数，从而不必生成if块或者else块的代码。另一个优化机会，就是在字节码的基础上优化，这就是窥孔优化，其实现是在Python/peephole.c中。它能完成的优化包括：把多个LOAD_CONST指令替换为一条加载常数元组的指令。如果一个跳转指令，跳到return指令，那么可以把跳转指令直接替换成return指令。如果一个条件跳转指令，跳到另一个条件跳转指令，则可以基于逻辑运算的规则做优化。在做优化的时候，窥孔优化器会去掉原来的指令，替换成新的指令。如果有多余出来的位置，则会先填充NOP指令，也就是不做任何操作。最后，扫描一遍整个字节码，把NOP指令去掉，并且调整受影响的jump指令的参数。