как выполняется код в python

Интерпретатор – это программа, которая конвертирует ваши инструкции, написанные на Python, в байт-код и выполняет их. По сути интерпретатор – это программный слой между вашим исходным кодом и железом.

Существует 2 типа интерпретаторов:

Как CPython выполняет программы

Интерпретатор «Питона» выполняет любую программу поэтапно.

Этап #1. Инициализация

После запуска вашей программы, Python-интерпретатор читает код, проверяет форматирование и синтаксис. При обнаружении ошибки он незамедлительно останавливается и показывает сообщение об ошибке.

Помимо этого, происходит ряд подготовительных процессов:

Этап #2. Компиляция

Интерпретатор транслирует (переводит) исходные инструкции вашей программы в байт-код (низкоуровневое, платформонезависимое представление исходного текста). Такая трансляция необходима в первую очередь для повышения скорости – байт-код выполняется в разы быстрее, чем исходные инструкции.

Этап #3. Выполнения

Как только байт-код скомпилирован, он отправляется на виртуальную машину Python (PVM). Здесь выполняется байт-код на PVM. Если во время этого выполнения возникает ошибка, то выполнение останавливается с сообщением об ошибке.

PVM является частью Python-интерпретатора. По сути это просто большой цикл, который выполняет перебор инструкций в байт-коде и выполняет соответствующие им операции.

Альтернативы СPython

CPython является стандартной реализацией, но существуют и другие реализации, созданные для специфических целей и задач.

Jython

Основная цель данный реализации – тесная интеграция с языком Java. Работает следующим образом:

Jython позволить Python-программам управлять Java-приложениями. Во время выполнения такая программа ведет себя точно так же, как настоящая программа на языке Java.

IronPython

Особенностью PyPy является использование трассирующего JIT-компилятора (just-in-time), который на лету транслирует некоторые элементы в машинный код. Благодаря этому, при выполнении некоторых операций PyPy обгоняет CPython в несколько раз. Но плата за такую производительность – более высокое потребление памяти.

Источник

Основы языка программирования Python за 10 минут

На сайте Poromenos’ Stuff была
опубликована статья, в которой, в сжатой форме,
рассказывают об основах языка Python. Я предлагаю вам перевод этой статьи. Перевод не дословный. Я постарался подробнее объяснить некоторые моменты, которые могут быть непонятны.

Если вы собрались изучать язык Python, но не можете найти подходящего руководства, то эта
статья вам очень пригодится! За короткое время, вы сможете познакомиться с
основами языка Python. Хотя эта статья часто опирается
на то, что вы уже имеете опыт программирования, но, я надеюсь, даже новичкам
этот материал будет полезен. Внимательно прочитайте каждый параграф. В связи с
сжатостью материала, некоторые темы рассмотрены поверхностно, но содержат весь
необходимый метриал.

Основные свойства

Python не требует явного объявления переменных, является регистро-зависим (переменная var не эквивалентна переменной Var или VAR — это три разные переменные) объектно-ориентированным языком.

Синтаксис

Во первых стоит отметить интересную особенность Python. Он не содержит операторных скобок (begin..end в pascal или <..>в Си), вместо этого блоки выделяются отступами: пробелами или табуляцией, а вход в блок из операторов осуществляется двоеточием. Однострочные комментарии начинаются со знака фунта «#», многострочные — начинаются и заканчиваются тремя двойными кавычками «»»»».
Чтобы присвоить значение пременной используется знак «=», а для сравнения —
«==». Для увеличения значения переменной, или добавления к строке используется оператор «+=», а для уменьшения — «-=». Все эти операции могут взаимодействовать с большинством типов, в том числе со строками. Например

Структуры данных

Вы можете использовать часть массива, задавая первый и последний индекс через двоеточие «:». В таком случае вы получите часть массива, от первого индекса до второго не включительно. Если не указан первый элемент, то отсчет начинается с начала массива, а если не указан последний — то масив считывается до последнего элемента. Отрицательные значения определяют положение элемента с конца. Например:

Строки

Строки в Python обособляются кавычками двойными «»» или одинарными «’». Внутри двойных ковычек могут присутствовать одинарные или наоборот. К примеру строка «Он сказал ‘привет’!» будет выведена на экран как «Он сказал ‘привет’!». Если нужно использовать строку из несколько строчек, то эту строку надо начинать и заканчивать тремя двойными кавычками «»»»». Вы можете подставить в шаблон строки элементы из кортежа или словаря. Знак процента «%» между строкой и кортежем, заменяет в строке символы «%s» на элемент кортежа. Словари позволяют вставлять в строку элемент под заданным индексом. Для этого надо использовать в строке конструкцию «%(индекс)s». В этом случае вместо «%(индекс)s» будет подставлено значение словаря под заданным индексом.

Операторы

Операторы while, if, for составляют операторы перемещения. Здесь нет аналога оператора select, так что придется обходиться if. В операторе for происходит сравнение переменной и списка. Чтобы получить список цифр до числа — используйте функцию range( ). Вот пример использования операторов

if rangelist[ 1 ] == 2 :
print «The second item (lists are 0-based) is 2»
elif rangelist[ 1 ] == 3 :
print «The second item (lists are 0-based) is 3»
else :
print «Dunno»

while rangelist[ 1 ] == 1 :
pass

Функции

# Следующая запись эквивалентна def f(x): return x + 1
functionvar = lambda x: x + 1
>>> print functionvar( 1 )
2

Классы

Язык Python ограничен в множественном наследовании в классах. Внутренние переменные и внутренние методы классов начинаются с двух знаков нижнего подчеркивания «__» (например «__myprivatevar»). Мы можем также присвоить значение переменной класса извне. Пример:

Исключения

Исключения в Python имеют структуру try—except [exceptionname]:

def somefunction():
try :
# Деление на ноль вызывает ошибку
10 / 0
except ZeroDivisionError :
# Но программа не «Выполняет недопустимую операцию»
# А обрабатывает блок исключения соответствующий ошибке «ZeroDivisionError»
print «Oops, invalid.»

Импорт

Внешние библиотеки можно подключить процедурой «import [libname]», где [libname] — название подключаемой библиотеки. Вы так же можете использовать команду «from [libname] import [funcname]», чтобы вы могли использовать функцию [funcname] из библиотеки [libname]

import random #Импортируем библиотеку «random»
from time import clock #И заодно функцию «clock» из библиотеки «time»

Работа с файловой системой

Python имеет много встроенных библиотек. В этом примере мы попробуем сохранить в бинарном файле структуру списка, прочитать ее и сохраним строку в текстовом файле. Для преобразования структуры данных мы будем использовать стандартную библиотеку «pickle»

myfile = file (r «C:\text.txt» )
>>> print myfile.read()
‘This is a sample string’
myfile.close()

Особенности

def myfunc():
# Выводит 5
print number

def anotherfunc():
# Это вызывает исключение, поскольку глобальная апеременная
# не была вызванна из функции. Python в этом случае создает
# одноименную переменную внутри этой функции и доступную
# только для операторов этой функции.
print number
number = 3

def yetanotherfunc():
global number
# И только из этой функции значение переменной изменяется.
number = 3

Эпилог

Разумеется в этой статье не описываются все возможности Python. Я надеюсь что эта статья поможет вам, если вы захотите и в дальнейшем изучать этот язык программирования.

Преимущества Python

Источник

Погружение в пучину интерпретатора Python. Ч1

От переводчика: Наверно всем интересно, что внутри у инструмента, который используешь, этот интерес овладел и мной, но главное не утопать в нём и не закопаться так что не вылезти. Найдя для себя интересный материал, я решил заботливо перевести его и представить хабросообществу (моя первая публикация, прошу ногами сильно не пинать). Тем, кому интересен как Python работает на самом деле, прошу проследовать под кат.

Последние три месяца я потратил много времени на byterun, интерпретатор питоновского байткода, написанного на питоне. Работа над этим проектом была для меня захватывающе весёлой и познавательной. Я был бы рад, если бы вы тоже его потыкали. Но прежде нам надо немного остепенится, понять как работает python, так, чтобы мы знали, что такое интерпретатор на самом деле и с чем его едят.

Я подразумеваю, что вы сейчас в том же положении, что и я три месяца назад. Вы понимаете python, но понятия не имеете как он работает.

Небольшая заметка: Я работаю с версией 2.7 в этом посте. Третья версия почти схожа со второй, есть небольшие различия в синтаксисе и наименованиях, но в целом всё тоже самое.

Как работает python?

Мы начнём с очень (очень очень) высокого уровня внутренней работы. Что происходит когда вы выполняете код в вашем интерпретаторе?

Годы идут, ледянки тают, Линус Торвальдс пилит очередное ядро, а 64 битый процессор без устали трудится, тем временем происходит четыре шага: лексической анализ, парсинг, компиляция и наконец таки интерпретация. Парсер забирает скормленные ему инструкции и генерирует структуру которая объясняет их связь формируя AST( Абстрактное Синтаксическое Дерево). Компилятор затем преобразует AST в одни (или несколько) объектов кода (байткод + обвязка). Потом интерпретатор выполняет каждый объект.

Я не собираюсь говорить об лексическом анализе, парсинге или компиляции сегодня, наверно потому что я сам про эти вещи ни чего не знаю, но не унывайте: вы всегда сможете изучить это, потратив часов этак пятьдесят. Мы предположим, что эти шаги прошли хорошо и успешно, и у нас есть на руках объекты python кода.

Перед тем как приступить к делу, я хочу сделать небольшую ремарку: в данном топике мы будем говорить об объектах функциях, объектах кода, и байткоде. Это всё разные вещи. Давайте начнём с функций. Нам не обязательно вникать глубоко в них, чтобы добраться до интерпретатора, но я просто хочу прояснить, что объекты функции и объекты кода — это две большие разницы, а объекты функции — самые интересные.

Объекты функции

Вы наверно могли слышать про «объекты функции». Это вещи которые люди подразумевают когда говорят: «Функции — это объекты первого класса». Давайте изучим их подробнее:

«Функции это объекты первого класса» означает что функции — это объекты также как список это объект или экземпляры MyObject это объекты. Раз foo это объект, мы можем исследователь его не выполняя его (в этом и есть разница между foo() и foo). Мы можем предать foo как параметр в другую функцию или можем присвоить его переменной.

Давайте немного посмотрим на foo подробней:

Как вы можете видеть в выше приведённом коде, объект кода это атрибут объекта функции. Объект кода генерируется питоновским компилятором и интерпретатором, он содержит информацию необходимую для работы интерпретатора. Давайте посмотрим на атрибуты объекта кода:

Здесь целая куча ништяков, большинство из которых нм сейчас не нужно. Давайте подробнее рассмотрим три атрибута объекта foo.

Вот что здесь есть: имена переменных и констант которые используются в нашей функции и количество принимаемых аргументов. Но мы всё ещё не видим ни чего что было бы похоже на инструкции. Инструкции называют байткодом ссылка, кстати это атрибут объекта кода:

Напоминаю что байткод и объекты кода это не одно и тоже. Байткод это атрибут объекта кода помимо многих других атрибутов. Так что же такое байткод? Ну это просто набор байт. Они выглядят странно когда мы их печатаем потому что некоторым байтом сопоставимы символы а другим нет, давайте выведем их как числа.

Вот байты которые творят всю магию. Интерпретатор будет последовательно и безустанно выбирать байты, смотреть какие они операции выполняют и с какими аргументами и исполнять команды. Для того чтобы пойти ещё дальше можно просмотреть исходный код Cpython а конкретно ceval.c что мы сделаем позднее.

Дизассемблирование байткода

Дизассемблирование означает взять все эти байты и преобразовать их во что-нибудь, что мы человеки способны понять. Это не выполняется в стандартном цикле питона. Сегодня для этой задачи есть отличный инструмент — модуль dis. Мы воспользуемся функцией dis.dis чтобы проанализировать что делает наша foo.

Первый номер это строка исходного python кода, второй номер это смещение внутри байткода: LOAD_CONST находится на позиции 0, а STORE_FAST на позиции 3 и так далее. Средняя колонка это название самой инструкции, последние две колонки дают понятие об аргументах инструкции (ели они есть), четвертая колонка показывает сам аргумент, который представляет собой индекс в других атрибутов объекта кода. В этом примере аргумент для LOAD_CONST это индекс в списке co_consts, а аргумент для STORE_FAST это индекс в co_varnames, в пятой колонке выводятся имена переменных или значение констант. Мы можем с легкостью это проверить:

Это также объясняет вторую инструкцию STORE_FAST которая находится по позиции 3 в байткоде. Если инструкция имеет аргумент следующие два байта и есть этот аргумент. Работа интерпретатора как раз таки в том чтобы не запутается и продолжать сеять разумное, доброе, вечное. (вы могли заметить что BINARY_ADD не имеет аргументов, не волнуйтесь мы ещё вернемся к этому)

Была одна вешь которая удивляла меня когда я начел разбираться в том как работает python, как python может быть динамическим, если он ещё и «компилируется»? Обычно эти два слова «антонимы», есть динамические языки такие как Python, Ruby, и Javascript, а есть компилируемые таки как C, Java, и Haskell.

Когда люди говорят об компилируемых языках они имеют ввиду компиляцию в нативные x86/ARM/etc инструкции. Интерпретируемый язык не имеет компиляции вообще, разве что только «компилируется» на лету в байткод. Интерпретатор питона разбирает байткод и выполняет его внутри виртуальной машины, что кстати достаточно много работы, но мы поговорим об этом позднее.

Для того чтобы быть динамическим надо быть абстрактным, давайте посмотрим что это значит:

Эта дизассемблированая функция в байткоде. К тому времени как мы получаем приглашение функция modus была скомпилирована и объект корда был сгенерирован. Достаточно внезапно, но операция остатка от деления % (операция modulus) преобразуется в BINARY_MODULO. Похоже этой функцией можно воспользоваться для чисел:

Неплохо, а что если мы передадим что то другое, например строку.

Опана, что это тут? Вы наверно уже видели это раньше:

Когда операция BINARY_MODULO выполняется для двух строк она выполняет подстановку строк вместо остатка от деления. Эта ситуация отличный пример динамической типизации. Когда компилятор генерирует объект кода для modulus он не имеет понятия что такое x и y, строки ли они или числа или что-то ещё. Он просто выполняет инструкции: загрузить одну перемененную, загрузить другую, выполнять препарацию бинарного модуля, вернуть результат. Работа интерпретатора в том чтобы понимать что BINARY_MODULO значит в текущем контексте. Наша функция modulus может считать остаток, подставлять строки… может что-то ещё? Если мы определим класс с методом __mod__ то мы сможем сделать что угодно.

Одна и та же функция с одним и тем же байткодом может выполнять разные операции в зависимости от типа контекста. Также функция modulus может возбудить исключение для примера TypeError если мы вызовем его для объектов, которые не реализованы.

Это является одной из причин того, почему трудно оптимизировать python. Вы не знаете, когда вы генерируете код объекта и байт-код, что за объекты будут в конечном итоге. Russell Power и Alex Rubinsteyn написали статью «как быстр может быть python», это статья достаточного содержательная.

На сегодня пока все. Оригинал статьи тут. Прошу прошения за возможные ошибки т.к. от природы обладаю врождённой безграмотностью и вынужден пользоваться машинным способом проверки текста.

Источник

Начинаем программировать на Python

Рассказываем, зачем учить Python и как это поможет при работе в Data Science. Идём пошагово: от установки дистрибутива до первых практических опытов.

Статья подготовлена на основе нашего вебинара с Валентином Пановским.

В бэкграунде — программирование, французский язык, академическое рисование, капоэйра. Сейчас учит финский. Любит путешествия и Балтийское море.

Python — высокоуровневый язык программирования, названный так в честь британского комедийного телешоу «Летающий цирк Монти Пайтона».

Зачем учить Python, где и кому он нужен

Почему именно Python? Причин много:

Data Science, или наука о данных, сочетает в себе математику, статистику, IT и знания о бизнесе. Python фактически стал отраслевым стандартом в Data Science: чаще всего разработка ведётся именно на нём. Специалисты в этой области занимаются анализом данных и работают над их визуализацией. Data Science сейчас быстро развивается, поэтому разработчики нужны компаниям всё чаще.

Особенности Python

Плюсы:

Минусы:

Важная особенность: в Python не указывается тип переменных. Это даёт большую гибкость, потому что в одну переменную можно записать сначала int (целое число), а потом float (число с плавающей точкой) или str (строка, текст), и тип поменяется сам. За эту гибкость, к сожалению, приходится расплачиваться скоростью.

По Python много мануалов как на английском, так и на русском языке. Однако знание английского вам сильно поможет: во-первых, большинство команд переводится с английского буквально (если вы знаете язык, вам не придётся их зубрить), а во-вторых, подсказки к командам и описания ошибок выводятся тоже на английском.

Начало работы в Python

Чтобы начать программировать, нужно скачать и установить дистрибутив. Для новичков хорошо подойдёт Anaconda.

Источник

Как работает Python?

Всем еще раз привет, сейчас расскажу о том, как работает Python, что такое интерпретатор, как работает компилятор и что такое байт-код, далее расскажу о виртуальной машине (PVM) и о производительности Python. Также о альтернативных реализациях интерпретатора.

После того, как вы установили себе Python, перейдем к теоретически-практической части и начнем с того что из себя представляет интерпретатор.

Интерпретатор

В зависимости от используемой версии Python сам интерпретатор может быть реализован как программа на языке C, как набор классов Java и в каком-либо другом виде, но об этом позже.

Запуск сценария в консоли

Давайте запустите в консоле интерпретатор:

Теперь он ожидает ввода комманд, введите туда следующую инструкцию:

ура, наша первая программа! 😀

Запуск сценария из файла

Создайте файл «test.py», с содержимым:

и выполните этот файл:

Вы увидите в консоли результат, поехали дальше!

Динамическая компиляция и байт-код

В следующий раз, когда вы запустите свою программу интерпретатор минует этап компиляции и отдаст на выполнение откомпилированный файл с расширением «.pyc». Однако, если вы изменили исходные тексты вашей программы, то снова произойдет этап компиляции в байт-код, так как Python автоматически следит за датой изменения файла с исходным кодом.

Если Python окажется не в состоянии записать файл с байт-кодом, например из-за отсутствия прав на запись на диск, то программа не пострадает, просто байт-код будет собран в памяти и при завершении программы оттуда удален.

Виртуальная машина Python (PVM)

Производительность

По этим причинам программы на Python не могут выполняться также быстро как на C/C++. Обход инструкций выполняет виртуальная система, а не микропроцессор, и чтобы выполнить байт-код, необходима дополнительная интерпретация, инструкции которой требуют большего времени, чем машинные инструкции микропроцессора.

В итоге, Python по производительности находится между традиционными компилирующими и традиционными интерпретирующими языками программирования.

Альтернативные реализации Python

То что было сказано выше о компиляторе и виртуальной машине, характерно для стандартной реализации Python, так называемой CPython (реализации на ANSI C). Однако также существует альтернативные реализации, такие как Jython и IronPython, о которых пойдет сейчас речь.

CPython

Это стандартная и оригинальная реализация Python, названа так, потому что написана на ANSI C. Именно ее мы установили, когда выбрали пакет ActivePython или установили из FreeBSD портов. Поскольку это эталонная реализация, она как правило работает быстрее, устойчивее и лучше, чем альтернативные реализации.

Jython

Цель Jython состоит в том, чтобы позволить программам на языке Python управлять Java-приложениями, точно также как CPython может управлять компонентами на языках C/C++. Эта реализация имеет беcшовную интеграцию с Java. Поскольку программный код на Python транслируется в байт-код Java, во время выполнения он ведет себя точно также, как настоящая программа на языке Java. Программы на Jython могут выступать в качестве апплетов и сервлетов, создавать графический интерфейс с использованием механизмов Java и т.д. Более того, Jython обеспечивает поддержку возможности импортировать и использовать Java-классы в программном коде Python.

Тем не менее, поскольку реализация Jython обеспечивает более низкую скорость выполнения и менее устойчива по сравнению с CPython, она представляет интерес скорее для разработчиков программ на языке Java, которым необходим язык сценариев в качестве интерфейса к Java-коду.

IronPython

Средства оптимизации скорости выполнения

Существуют и другие реализации, включая динамический компилятор Psyco и транслятор Shedskin C++, которые пытаются оптимизировать основную модель выполнения.

Динамический компилятор Psyco

Во время выполнения программы, Psyco собирает информацию о типах объектов, и затем эта информация используется для генерации высокоэффективного машинного кода, оптимизированного для объектов этого типа. После этого произведенный машинный код заменяет соответствующие участки байт-кода, тем самым увеличивается скорость выполнения.

В идеале некоторые участки программного кода под управление Psyco могут выполняться также быстро, как скомпилированный код на языке Си.

Psyco обеспечивает увеличение скорости от 2 до 100 раз, но обычно в 4 раза, при использовании немодифицированного интерпретатора Python. Единственный минус у Psyco, это то обстоятельство, что в настоящее время он способен генерировать машинный код только для архитектуры Intel x86.

Psyco не идет в стандартной поставке, его надо скачать и установить отдельно. Еще есть проект PyPy, который представляет собой попытку переписать PVM с целью оптимизации кода как в Psyco, проект PyPy собирается поглотить в большей мере проект Psyco.

Транслятор Shedskin C++

Фиксированные двоичные файлы (frozen binaries)

Иногда необходимо из своих программ на Python создавать самостоятельные исполняемые файлы. Это необходимо скорее для упаковки и распространения программ.

Фиксированные двоичные файлы объединяют в единый файл пакета байт-код программ, PVM и файлы поддержки, необходимые программам. В результате получается единственный исполняемый файл, например файл с расширение «.exe» для Windows.

На сегодняшний день существует три основных инструмента создания «frozen binaries»:

Вам надо загружать эти инструменты отдельно от Python, они распространяются бесплатно.

Фиксированные двоичные файлы имеют немалый размер, ибо они содержат в себе PVM, но по современным меркам из все же нельзя назвать необычно большими. Так как интерпретатор Python встроен непосредственно в фиксированные двоичные файлы, его установка не является обязательным требованием для запуска программ на принимающей стороне.

Резюме

На сегодня всё, в следующей статье расскажу о стандартных типах данные в Python, ну и в последующих статьях рассмотрим каждый тип в отдельности, а также функции и операторы для работы с этими типами.

создал файл, запустил его через пайтон, но пишет, что ошибка кодировки (файл сохранен в UTF-8) 🙁
SyntaxError: Non-ASCII character ‘\xd0’

Источник