1.4 【小白也要懂】Python源代码的体系架构

在学习Python编程之前，我们首先需要了解一下Python的整体架构。或许有人会说，Python是一个编程语言，编程语言也会有整体架构吗？当然，Python也有整体架构。在剖析Python源码的整体架构中，利用掌握的知识不断修改Python的源代码，可以来印证自己的猜想和假设，甚至可以更有效地理解作者的设计思路。

这里我们仅仅对Python 3.8版本的源码顶层目录做简单介绍。首先，把前面下载的Python-3.8.0.tar.xz解压缩，就能得到图1-4所示的目录结构。

对于大部分的程序员来说，并不会特意研究Python源码，因为源码包含很多晦涩难懂的设计和标准，在大部分编程工作中，程序员只需要知道怎么使用源码，而不必知道这些源码的设计原理。在这里先简单概括一下Python源码的文件类别。

● Doc：官方文档，全英文，最权威的资料，英文好的朋友可以仔细研读。

● Grammar：放置Python的EBNF文件。

● Include：放置编译所需的全部头文件。

● Lib：标准库中的Python代码。

● Mac：Mac平台特定代码。

● Misc：无法归类的文件，通常是不同类型的特定开发者文档。

● Modules：标准库中需要C语言实现的部分。

● Objects：所有内置类型的源码。

● PC：Windows平台特定代码。

● PCbuild：提供的Windows新版MSVC安装程序所需的构建文件。

● Parser：解析器相关代码，AST节点的定义也在这里。

● Programs：可执行C程序的源码，包括CPython解释器的主函数。

● Python：用来构建核心CPython运行时的代码，包括编译器、eval循环和各种内置的函数。

● Tools：用来维护Python的各种工具。

介绍完源码的架构，我们来看一下Python的整体运行架构，如图1-5所示。Python的整体运行架构分为File Group、Python Core、Runtime Environment三个部分。File Group指文件架构，也就是前面介绍过的源码；Python Core就是Python的解释器及相关组件；Runtime Environment是指Python的运行时环境，与内存相关。

1.File Group

● Core Modules：核心功能，编程的时候经常用到，如import os。

● Library库：Python的库文件，几乎所有的编程语言都有类似的东西。

● User-defined Modules：用户自定义的功能，如定义一个getinfo. py，在编辑器中进行import getinfo的导入。这就是开源语言的优势，功能不够，自定义来凑。

2. Python Core

● Interpreter：解释器进行代码解析，详情请参阅1.6节的“大牛讲坛——Python解释器详解”。

● Scanner分词：进行词法分析，将输入的Python源代码或从命令行输入的一行行Py-thon代码切分为一个Token，Token类似于临时令牌。

● Parser语法解析：进行语法分析，建立抽象语法树AST。

● Compiler编译：根据建立的AST生成指令集合，就像Java编译器和C#编译器所做的那样，编译器生成计算机可以理解的字节码。

● Code Evauator：最后由Code Evealuator来执行这些字节码，我们又称它为虚拟机。

3. Runtime Environment

● Object/Type Structures：包括了各种类型的对象，如整数、列表、字典以及用户自定义的类型和对象。可以说这部分是Python的基石。

● Memory Allocator内存分配器：创建对象时，对内存的申请工作与C中的Malloc的类似接口。

● Current State of Python：维护了解释器在执行字节码时不同的状态，维护了正常状态和异常状态之间切换动作的正确。

完整地学习Python的整体架构，更容易搞清楚Python的工作原理，但是上面很多概念对于初学者来说有些晦涩难懂，这些不要求强记，可以在初步掌握Python的用法后，再回过头来复习，相信会有更深的理解。