如何在 Python 中实现 goto 语句

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如何在 Python 中实现 goto 语句

2023-04-11 09:43| 来源: 网络整理| 查看: 265

Python 默认是没有 goto 语句的,但是有一个第三方库支持在 Python 里面实现类似于goto 的功能:https://github.com/snoack/pyt...。

比如在下面这个例子里,

from goto import with_goto @with_goto def func(): for i in range(2): for j in range(2): goto .end label .end return (i, j, k)

func() 在执行第一遍循环时,就会从最内层的 for j in range(2) 跳到函数的return 语句前面。

按理说本文到此就该完了,但是这个库有一个限制,如果嵌套的循环层次太深,就无法工作。比如下面这几行代码:

@with_goto def func(): for i in range(2): for j in range(2): for k in range(2): for m in range(2): for n in range(2): goto .end label .end return (i, j, k, m, n)

会让它抛出 SyntaxError。

本文接下来的内容,就是如何打破这个限制。

python-goto 是如何工作的

python-goto 这个库,通过 decorator 的方式修改了传进来的函数 func 的__code__ 属性,把插入的字节码暗桩替换成相关的 JMP 语句。具体的琐碎实现细节,可以参考该项目下 goto.py 这个文件,一共也就不到两百行。

本文开头的例子中,func 函数的字节码可以用

import dis dis.dis(func)

打印出来。

下面贴出不带 @with_goto 时的输出(# 号后面的内容是我加的):实际上

# for i in range(2): # 7 是源代码行号(跟示例不太对得上,不要太在意细节XD) # 0/2/4 这些是 offset,在这里每条字节码长度都是 2。 # >> 表示会跳到这里。 7 0 SETUP_LOOP 40 (to 42) 2 LOAD_GLOBAL 0 (range) 4 LOAD_CONST 1 (2) 6 CALL_FUNCTION 1 8 GET_ITER >> 10 FOR_ITER 28 (to 40) 12 STORE_FAST 0 (i) # for j in range(2): 8 14 SETUP_LOOP 22 (to 38) 16 LOAD_GLOBAL 0 (range) 18 LOAD_CONST 1 (2) 20 CALL_FUNCTION 1 22 GET_ITER >> 24 FOR_ITER 10 (to 36) 26 STORE_FAST 1 (j) # goto .end 9 28 LOAD_GLOBAL 1 (goto) 30 LOAD_ATTR 2 (end) 32 POP_TOP # 结束循环 j 34 JUMP_ABSOLUTE 24 >> 36 POP_BLOCK # 结束循环 i >> 38 JUMP_ABSOLUTE 10 >> 40 POP_BLOCK # label .end 10 >> 42 LOAD_GLOBAL 3 (label) 44 LOAD_ATTR 2 (end) 46 POP_TOP # return (i, j, k) 11 48 LOAD_FAST 0 (i) 50 LOAD_FAST 1 (j) 52 LOAD_GLOBAL 4 (k) 54 BUILD_TUPLE 3

跟带 @with_goto 时的输出比较,只有这两点差别:

# goto .end - 9 28 LOAD_GLOBAL 1 (goto) - 30 LOAD_ATTR 2 (end) - 32 POP_TOP + 9 28 POP_BLOCK + 30 POP_BLOCK + 32 JUMP_FORWARD 14 (to 48) # label .end - 10 >> 42 LOAD_GLOBAL 3 (label) - 44 LOAD_ATTR 2 (end) - 46 POP_TOP + 10 >> 42 NOP + 44 NOP + 46 NOP - 11 48 LOAD_FAST 0 (i) + 11 >> 48 LOAD_FAST 0 (i)

在没有引入 @with_goto 时,goto .end 在 Python 解释器的眼里,其实就是goto.end,即访问某个叫 goto 的全局域里的对象的 end 属性。该语句会被编译成三条语句:LOAD_GLOBAL、LOAD_ATTR、POP_TOP。这就是插入在字节码里的暗桩。

在引入 @with_goto 之后,这三条语句会被替换成一条 JMP 语句外加若干条辅助的语句。这样在执行到这些字节码时,就会跳到指定的地方了,比如在上面例子中跳到 offset 48,也即原来 label .end 的下一条字节码。

(关于 Python 字节码的官方文档并不显眼,藏在 dis 这个模块下。注意它不是按字母表顺序介绍每个字节码的,所以要想查特定的字节码,需要 Ctrl+F 一下。)

JMP 语句只需要一条,如果要向前跳,就用 JUMP_FORWARD;向后跳,就用JUMP_ABSOLUTE。但是辅助的语句可能不止一条,比如要想从一个 for loop 或者 tryblock 跳出来,需要加 POP_BLOCK 语句。有多少层循环就需要加多少条 POP_BLOCK,比如前面的示例里是两层循环,就是两条 POP_BLOCK。

另外,由于 Python 字节码的长度固定为两个 byte,一个 byte 用于表示字节码的类型,另一个用于表示参数。如果要想放下超过字节码预留的空位的参数,需要用 EXTENDED_ARG语句。比如

EXTENDED_ARG 7 EXTENDED_ARG 2046 OP x

那么语句 OP 的参数就是 7



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