Python雖然是一門(mén)解釋型語(yǔ)言，但Python程序執(zhí)行時(shí)，也需要將源碼進(jìn)行編譯生成字節(jié)碼，然后由Python虛擬機(jī)進(jìn)行執(zhí)行，因此Python解釋器實(shí)際是由兩部分組成：編譯器和虛擬機(jī)。
Python程序執(zhí)行過(guò)程和Java類(lèi)似，都是先將代碼編譯成字節(jié)碼，然后由虛擬機(jī)執(zhí)行：
編譯Python程序
在Java中，使用javac命令調(diào)用編譯器（JavaCompile）將.java文件編譯成字節(jié)碼并輸出.class字節(jié)碼文件，然后使用java命令通過(guò)JVM執(zhí)行編譯后的字節(jié)碼文件；
在Python中，由于編譯器和虛擬機(jī)合二為一，所以沒(méi)有區(qū)分編譯器和虛擬機(jī)運(yùn)行的命令，使用python命令調(diào)用python解釋器，默認(rèn)就會(huì)將.py文件編譯并運(yùn)行。
py_compile.compile函數(shù)
但既然需要編譯后運(yùn)行，那當(dāng)然會(huì)有編譯功能模塊，python可以調(diào)用compileall.py或py_compile.py模塊來(lái)編譯.py文件并生成.pyc字節(jié)碼文件
compileall.py模塊
compileall.py模塊有compile_dir、compile_file兩個(gè)個(gè)函數(shù)，用于對(duì)指定目錄或文件進(jìn)行編譯。通過(guò)Python命令參數(shù)調(diào)用時(shí)，compile_path函數(shù)會(huì)通過(guò)傳入路徑參數(shù)判斷編譯目標(biāo)是目錄還是文件
在桌面編寫(xiě)demo.py程序，使用python -m compileall demo.py編譯：
編譯完成后，在demo.py同級(jí)目錄下生成了一個(gè)
__pycache__目錄，目錄下有一個(gè)demo.cpython-37.pyc文件（python使用Python3.7版本）：
更多關(guān)于compileall的內(nèi)容詳見(jiàn)：https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/compileall.html
py_compile.py模塊
compileall內(nèi)部最終調(diào)用的是py_compile.py模塊的compile函數(shù)，compile函數(shù)是最終完成代碼編譯并輸出字節(jié)碼文件的函數(shù)，因此也可以使用python -m py_compile demo.py對(duì)代碼進(jìn)行編譯:
更多關(guān)于py_compile的內(nèi)容詳見(jiàn)：https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/py_compile.html
內(nèi)建函數(shù)compile
python還有一個(gè)內(nèi)建函數(shù)compile，用于將源碼編譯成代碼或 AST 對(duì)象。代碼對(duì)象可以被 exec() 或 eval() 執(zhí)行。源碼可以是常規(guī)的字符串、字節(jié)字符串，或者 AST 對(duì)象。bltinmodule.c中compile函數(shù)的定義：
/*
source: object
filename: object(converter="PyUnicode_FSDecoder")
mode: str
flags: int = 0
dont_inherit: bool(accept={int}) = False
optimize: int = -1
*
_feature_version as feature_version: int = -1
將源代碼編譯成可由exec()或eval()執(zhí)行的代碼對(duì)象
source: 源代碼可以是一個(gè)Python模塊、語(yǔ)句或表達(dá)式
filename: 文件名將用于運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤消息
mode: 編譯模塊的模式必須是'exec'，編譯單個(gè)(交互式)語(yǔ)句的模式必須是'single'，
編譯表達(dá)式的模式必須是'eval'
...
*/
static PyObject *
builtin_compile_impl(PyObject _module, PyObject_ source, PyObject *filename,
const char *mode, int flags, int dont_inherit,
int optimize, int feature_version)
{
...C語(yǔ)言源碼實(shí)現(xiàn)位于cpython/Python/bltinmodule.c，有興趣的可以去github查看完整源碼
}
compile函數(shù)使用方法：
- compile(source, filename, mode, flags=0, dont_inherit=False, optimize=-1)
下面來(lái)看看compile的用法：
>>> source = 'for i in range(3): print(i)'
>>> result = compile(source, '', 'exec')
>>> result
<code object at 0x0000028788A27660, file "", line 1>
可以看到，編譯后返回了一個(gè)CodeObject對(duì)象，這個(gè)對(duì)象是可以被exec函數(shù)執(zhí)行的：
>>> exec(result)
0
1
2
編譯運(yùn)行過(guò)程
從上述內(nèi)容可知，py_compile.py模塊中的compile函數(shù)由python實(shí)現(xiàn)，只能對(duì).py文件進(jìn)行編譯，編譯完成后返回字節(jié)碼文件路徑；
而內(nèi)建函數(shù)compile由C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)代碼語(yǔ)句進(jìn)行編譯，編譯完成后返回一個(gè)CdoeObject對(duì)象。
那這個(gè)CodeObject對(duì)象是什么呢？
在上述的compile源碼中，可以看到函數(shù)返回的是PyObject，這是返回給Python的包裝對(duì)象，其內(nèi)部是PyCodeObject，PyCodeObject對(duì)象如下：
/* _Bytecode object_ */
struct PyCodeObject {
PyObject_HEAD / _Python定長(zhǎng)對(duì)象頭_ /
PyObject *co_consts; /* 常量列表 */
PyObject *co_names; /* 名稱(chēng)列表（常量名、函數(shù)名、類(lèi)名等） */
PyObject *co_code; /* 指令操作碼（字節(jié)碼） */
PyObject *co_filename; /* 源文件名 */
...完整屬性請(qǐng)查看cpython/Include/cpython/code.h
};
查看result的屬性值：
>>> result.co_names
('range', 'i', 'print')
>>> result.co_consts
(3, None)
>>> result.co_code
b'x\x18e\x00d\x00\x83\x01D\x00]\x0cZ\x01e\x02e\x01\x83\x01\x01\x00q\nW\x00d\x01S\x00'
>>> result.co_filename
''
其中co_code屬性是不可讀的bytes數(shù)據(jù)，這時(shí)候就要用到Python內(nèi)置的一個(gè)模塊——dis，dis 模塊通過(guò)反匯編支持CPython的 bytecode 分析。
通過(guò)dis模塊的disco函數(shù)，可反匯編代碼對(duì)象
-
disco(code, lasti=-1, ***, file=None)
其中參數(shù)code是代碼對(duì)象
disco方法返回字節(jié)碼操作的格式化字符，描述了Python解釋器將要執(zhí)行的指令，內(nèi)容類(lèi)似于匯編語(yǔ)言，內(nèi)容分為以下幾列：
- 行號(hào)，用于每行的第一條指令
- 當(dāng)前指令，表示為
-->， - 一個(gè)指令 >> 表示，
- 指令的地址，
- 操作碼名稱(chēng)，
- 操作參數(shù)，和括號(hào)中的參數(shù)解釋。
例如：
>>> import dis
>>> dis.disco(result)
1 0 SETUP_LOOP 24 (to 26)
2 LOAD_NAME 0 (range)
4 LOAD_CONST 0 (3)
6 CALL_FUNCTION 1
8 GET_ITER
>> 10 FOR_ITER 12 (to 24)
12 STORE_NAME 1 (i)
14 LOAD_NAME 2 (print)
16 LOAD_NAME 1 (i)
18 CALL_FUNCTION 1
20 POP_TOP
22 JUMP_ABSOLUTE 10
>> 24 POP_BLOCK
>> 26 LOAD_CONST 1 (None)
28 RETURN_VALUE
SETUP_LOOP 24 (to 26)：將一個(gè)用于循環(huán)的塊推到塊堆棧上。該塊從當(dāng)前指令開(kāi)始，其大小為24字節(jié)
LOAD_NAME 0 (0)：將result.co_names[0]的值移到棧頂，該值是'range'
LOAD_CONST 0 (0)：將result.co_consts[0]移到棧頂，該值是3
CALL_FUNCTION 1：調(diào)用一個(gè)可調(diào)用對(duì)象并傳入位置參數(shù)1
POP_TOP：刪除棧頂元素，即刪除TOS
GET_ITER：實(shí)現(xiàn)TOS = iter(TOS)，把 iter(TOS) 的結(jié)果推回堆棧
...
>>> result.co_names[0]
'range'
>>> result.co_consts[0]
3
綜上所述，Python內(nèi)建函數(shù)compile在編譯某段源碼時(shí)，不會(huì)直接返回字節(jié)碼，而是返回一個(gè)CodeObject對(duì)象，該對(duì)象存儲(chǔ)了程序運(yùn)行所需的相關(guān)數(shù)據(jù)和程序運(yùn)行過(guò)程。
更多操作碼解釋和dis模塊的使用請(qǐng)查看：dis --- Python 字節(jié)碼反匯編器
動(dòng)態(tài)編譯
Java程序運(yùn)行時(shí)，會(huì)先編譯所有Java文件并加載類(lèi)，程序運(yùn)行起來(lái)后無(wú)論修改或新增代碼，都不會(huì)影響程序運(yùn)行，如果需要在運(yùn)行中加入新的代碼，需要先調(diào)用編譯器（JavaCompiler）編譯代碼，再調(diào)用類(lèi)加載器（ClassLoader）將編譯后的字節(jié)碼加入當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境，這個(gè)過(guò)程就是動(dòng)態(tài)編譯。
在Python中，要實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行后執(zhí)行新增的代碼要簡(jiǎn)單得多，Python提供一個(gè)內(nèi)建函數(shù)exec，可以執(zhí)行代碼語(yǔ)句或者是經(jīng)過(guò)compile編譯后的代碼對(duì)象：
>>> help(exec)
Help on built-in function exec in module builtins:
exec(source, globals=None, locals=None, /)
Execute the given source in the context of globals and locals.
The source may be a string representing one or more Python statements
or a code object as returned by compile().
The globals must be a dictionary and locals can be any mapping,
defaulting to the current globals and locals.
If only globals is given, locals defaults to it.
所以，如果代碼比較簡(jiǎn)單，可以直接調(diào)用exec執(zhí)行Python語(yǔ)句字符串；如果代碼比較復(fù)雜，可以先寫(xiě)入.py文件，調(diào)用compile編譯代碼后再調(diào)用exec執(zhí)行。
綜上所述，最多只需要調(diào)用兩個(gè)方法，就可以實(shí)現(xiàn)Python的動(dòng)態(tài)編譯了。
