Python 是一种 “编译型语言”

运维资讯 2023-11-15 LOVEHL^ˇ^ 手机阅读
导读：学习使用了多年的Python，其实它是一种编译型语言？

这篇文章的目标是告诉各位同学，我们用的 Python 本质是一种“编译型语言”。

我这里所说的“Python”并不是指 PyPy、Mypyc、Numba、Cinder等 Python 的替代版本，也不是Cython、Codon、Mojo 1等“类 Python ”的语言。

这里指的是正常的 Python，使用CPython纯官方编译器的内核的“正版”。

可能你的电脑上已经安装了 Python。当你用搜索引擎搜索“python”并下载第一个出现的东西时，这就是属于你的Python。你只需在新的命令行中输入即可启动 Python 。

对，那并不是一条蟒蛇，而是一门编程语言，而 Python 确确实实还是一种“编译型编程语言”。

一些前置的技术背景

目前，我正在编写教学生如何阅读和理解编程错误消息的课程材料。

我正在为3种编程语言创建课程：C、Python 和 Java。不管是什么语言，教授错误消息这个地方时，其本质的关键点之一是它们是在不同阶段生成的 ：一些错误消息在编译时报告，而另一些错误消息在程序主动运行时报告。

第一课我是为 C 语言编写的，特别是使用 GCC 编译器。这些经验教训表明，GCC 将把代码转变为正在运行的程序的任务分为以下不同的阶段：

  • 预处理

  • 词法分析

  • 句法分析

  • 语义分析

  • LINK链接

    • 此外，课程会和同学们讨论每个阶段可能发生的错误，以及这些错误将如何影响所显示的错误消息。重要的是，早期阶段的错误将阻止后面阶段检测的错误。

    当我针对 Java 和 Python 改编本课程时，我意识到有些事情必须改变。例如，Python 或 Java 都没有预处理器，并且“链接”在 Python 或 Java 中实际上并不是同一件事，所以我跳过了这些主题。

    但是，我偶然间发现了一个有趣的总结。

    错误消息可以帮助我们发现编译的不同阶段

    事实上，错误消息是由编译器的不同阶段生成的，并且编译器通常在继续运行之前从早期阶段发出错误，这也表示我们可以通过在程序中故意创建错误来发现编译器的阶段。

    让我们通过玩一个我喜欢称为小游戏的来探索 Python 解释器的各个阶段......

    哪个是这个第一错误！

    我们将创建一个带有多个错误的Python 程序，每个错误都会尝试引发不同类型的错误消息。我们知道常规的Python 一次只报告一条错误消息，所以游戏是先报告哪条错误消息？

    这是有错误的程序：

    1 / 0
print() = None
if False
    ñ = "hello
    

    每行代码都会生成不同的错误消息：
    

  • 1 / 0 将生成ZeroDivisionError: division by zero.
    • 

  • print() = None 将生成SyntaxError: cannot assign to function call.
    • 

  • if False  将生成SyntaxError: expected ':'.
    • 

  • ñ = "hello  将生成SyntaxError: EOL while scanning string literal.
    • 

    问题是哪个会先被报出？本文中除非另有说明，我的报告将来自 Python 3.12 的错误消息。说明：Python 的特定版本很重要（比我想象的更重要），所以如果你看到不同的结果，请先记住这一点。
    

    第1轮
    

    现在知道了规则和期望的错误消息，让我们开始！先考虑如果不运行代码，会先报上面哪个错误信息？
    

    在揭晓答案之前，请先想一下“解释型”语言与“编译型”语言对你意味着什么。这是一段苏格拉底式对话，希望能让大家反思其中的区别：
    

    苏格拉底：编译语言是代码首先通过编译器才能运行的语言。C 语言就是一个例子。要运行 C 代码，首先必须运行类似gcc或 的 编译器clang，然后最后才能运行代码。编译语言被转换为二进制机器代码——CPU 可以理解的 1 和 0。
    

    Plato：但是等等，Java 不是一种编译语言吗？
    

    苏格拉底：是的，Java是一种编译语言。
    

    Plato：但是常规 Java 编译器的输出不是.class文件。那是字节码，不是吗？
    

    苏格拉底：是的。字节码不是机器代码，但 Java 仍然是一种编译语言。这是因为编译器可以捕获许多问题，因此你需要在程序开始运行之前更正完错误。
    

    柏拉图：什么是解释性语言呢？
    

    苏格拉底：解释性语言是一种依赖于单独的程序（恰当地称应该叫解释器）来实际运行代码的语言。解释型语言不需要完全编译后就运行。因此在程序运行时犯的任何错误都将被捕获。Python 就是一种解释性语言——没有单独的编译器，并且你犯的所有错误都会在运行时捕获。
    

    Plato：如果 Python 不是编译语言，那么为什么标准库包含名为 py_compile和 的模块compileall？
    

    苏格拉底：嗯，这些模块只是将 Python 转换为字节码。它们不会将 Python 转换为机器代码，因此 Python 仍然是一种解释性语言。
    

    Plato：那么，Python 和 Java 都会转换为字节码吗？
    

    苏格拉底：正确。
    

    Plato：那么为什么 Python 是解释性语言，而 Java 却是编译性语言呢？
    

    苏格拉底：因为Python中的所有错误都是在运行时捕获的。
    

    好了，差不多够了。让我们来看看实际的答案。如果在 Python 3.12 中运行上面的代码...
    

    🥁🥁🥁🥁
    

    你将收到类似的错误消息：
    

    

    File "/private/tmp/round_1.py", line 4

    ñ = "hello  # SyntaxError: EOL while scanning string literal
        ^
SyntaxError: unterminated string literal (detected at line 4)
    

    检测到的第一条错误消息位于源代码的最后一行。这告诉我们， Python在运行第一行代码之前必须读取整个源代码文件。如果你脑子里对“解释性语言”有一个定义，其中包括“解释性语言一次运行一行代码”，那么我希望你把它划掉！
    

    这里发生了什么？
    

    我还没有深入研究 CPython 解释器的源代码来验证这一点，但我认为这是检测到的第一个错误的原因是 Python 3.12 所做的第一步是扫描（也称为词法分析）分析）。扫描器将整个文件转换为一系列标记，然后继续下一阶段。字符串文字末尾缺少引号是扫描器检测到的错误 - 扫描器想要将整个字符串转换为一个大标记，但在找到结束引号之前它无法做到这一点。在 Python 3.12 中，扫描器先运行，然后再运行，因此这是第一条错误消息。
    

    让我们关闭第 4 行的引号以消除该错误消息，然后重试一下。
    

    第二轮
    

    修复了第一个错误后，我们的代码修改如下所示：
    

    

    1 / 0
print() = None
if False
    ñ = "hello"
    

    

    第 1、2、3 行仍然有错误。
    

    哪个！是！这！第一的！错误！
    

    对第一个报告的错误进行有根据的猜测。这次我就不给你们讲稻草人式的苏格拉底式对话了，直接进入正题。
    

    🥁🥁🥁🥁
    

    

    
File "/private/tmp/round_2.py", line 2

  print() = None

  ^^^^^^^

SyntaxError: cannot assign to function call here. Maybe you meant '==' instead of '='?


    

    

    这里发生了什么？
    

    我没有检查 CPython 的源代码，但我有理由确定下一阶段是解析（也称为语法分析）并且解析器报告源代码中的第一个错误。解析整个文件发生在运行第一行代码之前，这意味着 Python 甚至看不到第 1 行的错误并报告第 2 行的语法错误。
    

    在这一点上，我现在要指出，我为本练习编写的程序完全是无意义的，并且对于如何修复错误没有正确的答案。我不知道 的意图是什么 print() = None，所以我将通过将其替换为来解决这个问题print(None) ，这也没有具体意义，但至少它在语法上是正确的。
    

    第三轮
    

    我们修复了一个语法错误，但文件中还存在另外两个错误，其中一个也是语法错误。我们的文件如下所示：