05｜分支语句：控制流让程序具备基本的运算能力

海纳

你好，我是海纳。
上一节课，我们让虚拟机成功地加载并执行了标准 Python3.8 版本的字节码，我知道你已经迫不及待想继续实现对象系统，以支持整数和字符串等更多的数据类型了。但只实现完备的对象系统并不能让虚拟机看上去功能更加强大，而控制流却可以让我们做更多的测试，例如，支持了分支和循环语句以后，就可以实现一个计算 fibonacci 数列的程序。所以我们决定实现了控制流之后，再重新思考对象系统。
典型的两种控制流结构是分支选择和循环结构，这节课我们先研究分支语句是如何实现的。
分支语句为了研究 Python 字节码是如何表达分支结构的，我们先创建一个包含分支语句的测试文件。
# test_if.py
if 2 > 1:
    print(2)
else:
    print(1)
print(3)
使用以下命令，把上述文件编译成 pyc 文件。
python -m compileall test_if.py
然后通过 show_file.py 查看这个文件结构，得到如下结果：
code
   argcount 0
   nlocals 0
   stacksize 2
   flags 0040
   code
      640064016b04721265006400830101006e08650064018301010065006402
      8301010064035300
  1           0 LOAD_CONST               0 (2)
              2 LOAD_CONST               1 (1)
              4 COMPARE_OP               4 (>)
              6 POP_JUMP_IF_FALSE       18
  2           8 LOAD_NAME                0 (print)
             10 LOAD_CONST               0 (2)
             12 CALL_FUNCTION            1
             14 POP_TOP
             16 JUMP_FORWARD             8 (to 26)
  4     >>   18 LOAD_NAME                0 (print)
             20 LOAD_CONST               1 (1)
             22 CALL_FUNCTION            1
             24 POP_TOP
  6     >>   26 LOAD_NAME                0 (print)
             28 LOAD_CONST               2 (3)
             30 CALL_FUNCTION            1
             32 POP_TOP
             34 LOAD_CONST               3 (None)
             36 RETURN_VALUE
   consts
      2
      1
      3
      None
   names ('print',)
   varnames ()
   freevars ()
   cellvars ()
   filename 'test_if.py'

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解释
总结

1. 分支语句是控制流结构之一，通过分支选择和循环结构可以实现更多的测试和功能，如计算 fibonacci 数列的程序。 2. 通过分析 Python 字节码的实现，可以了解分支结构的具体实现方式，包括 COMPARE_OP、POP_JUMP_IF_FALSE 和 JUMP_FORWARD 等字节码的作用和参数含义。 3. 实现比较指令时，需要为每种比较操作提供相应的方法，并使用虚函数进行修饰，以实现各个对象的比较方式。 4. 实现跳转功能时，需要对程序计数器进行干预，使其指向期望的地址，从而实现控制流的跳转功能。 5. 分支结构所需的字节码包括 COMPARE_OP、POP_JUMP_IF_FALSE 和 JUMP_FORWARD，通过实现这些字节码可以完成分支结构的功能。

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