求索阁

最近想读读Python源码，任何东西学习方法基本都是一样的，先从总体框架进行了解，再从自己侧重的方面逐步深入。

1. Python总体架构

左边是Python提供的大量的模块、库以及用户自定义的模块。比如在执行import os时，这个os就是Python内建的模块，当然用户还可以通过自定义模块来扩展Python系统。

右边是Python的运行时环境，包括对象/类型系统（Object/Type structures）、内存分配器（Memory Allocator）和运行时状态信息（Current State of Python）。运行时状态维护了解释器在执行字节码时不同的状态（比如正常状态和异常状态）之间切换的动作，我们可以将它视为一个巨大而复杂的有穷状态机。内存分配器则全权负责Python中创建对象时，对内存的申请工作，实际上它就是Python运行时与C中malloc的一层接口。而对象/类型系统则包含了Python中存在的各种内建对象，比如整数、list、dict，以及各种用户自定义的类型对象。

在中间的部分，可以看到Python的核心——解释器（interpreter），或者成为虚拟机。在解释器中，箭头的方向指示了Python运行过程中的数据流方向。其中Scanner对应词法分析，将文件输入的Python源代码或从命令行输入的一行行Python代码切分为一个个的token；Parser对应语法分析，在Scanner的分析结果上进行语法分析，建立抽象语法树（AST）；Compiler是根据建立的AST生成指令集合——Python字节码（byte code），就像Java编译器和C#编译器所做的那样；最后由Code Evaluator来执行这些字节码。因此，Code Evaluator又可以被称为虚拟机。

在解释器与右边的对象/类型系统、内存分配器之间的箭头表示“使用”关系；而与运行时状态之间的箭头表示“修改”关系，即Python在执行过程中会不断地修改当前解释器所处的状态，在不同状态之间切换。

2. Python源码的组织

Python源码下载地址：https://www.python.org/downloads/

Python源码压缩包解压后目录结构为：

Include：该目录下包含了Python提供的所有文件头，如果用户需要自己用C或者C++来编写自定义模块扩展Python，那么就需要用到这里提供的头文件。

Lib：该目录包含了Python自带的所有标准库，Lib中的库都是用Python语言编写的。

Modules：该目录中包含了所有用C语言编写的模块，比如random、cStringIO等。Modules中的模块是那些对速度要求非常严格的模块，而有一些对速度没有太严格要求的模块，比如os，就是用Python编写，并且放在Lib目录下的。

Parser：该目录中包含了Python解释器中的Scanner和Parser部分，即对Python源码进行词法分析和语法分析的部分。除了这些，Parser目录下还包含了一些有用的工具，这些工具能够根据Python语言的语法自动生成Python语言的词法和语法分析器，与YACC非常类似。

Objects：该目录中包含了所有Python的内建对象，包括整数、list、dict等。同时，该目录还包括了Python在运行时需要的所有的内部使用对象的实现。

Python：该目录中包含了Python解释器中的Compiler和执行引擎部分，是Python运行的核心所在。

PCBuild：包含了Visual Studio的工程文件，研究Python源码就从这里开始。

3. 学习目标

接下来学习目标是彻底剖析Python在运行时的行为，从而为彻底理解Python的运行机制。

因此，接下来主要从三个方面进行学习：

（1）Python内建对象

（2）Python虚拟机：分析Python虚拟机执行字节码指令的过程。Python是如何通过虚拟机实现各种表达式、控制流、异常机制、函数机制及类机制。

（3）Python高级话题：剖析Python的运行环境以及一些高级话题。Python运行环境的初始化、动态加载机制、多线程机制和内存管理机制。