解釋型語言和編譯型語言的不同以及Python如何運行

計划寫關於Python中如何實現屬性管理、函數（或類方法）管理、類管理的幾篇成系列的文章。
而這篇文章寫在這個系列之前，希望對后面幾篇文章的理解有所幫助。
老實說，我也是在網上搜索了一些資料才寫的這篇文章，如果有的地方寫的不夠好，請指正...

何為編譯？

1. 生成目標文件。
2. 且目標文件是針對特定的 CPU 體系的(注意，開頭用了"且"字)。
   為ARM生成的目標文件，不能被用於MIPS的CPU，也不能用於x86的CPU。反過來說也是成立的。
   也就是說這段代碼在生成目標文件的過錯中就已經被翻譯成了目標CPU指令，所以如果這個程序需要在另外一種CPU上面運行，這個代碼就必須重新翻譯。
   而上述這個翻譯過程叫做編譯。

何為解釋？

對於各種非編譯型語言（例如python/java）來說，可能不存在某種翻譯成中間文件的過錯，可能存在某種編譯成中間文件的過程
如果存在翻譯過錯，那么他們翻譯生成的通常是一種『平台無關』的中間代碼，這種代碼一般不是針對特定的CPU平台，他們是在運行過程中才被翻譯成目標CPU指令的，因而在ARM CPU上能執行，換到MIPS也能執行，換到x86也能執行，不需要重新對源代碼進行翻譯。
而由於這些中間代碼並不是能在CPU上直接運行，所以需要某種中介(叫做虛擬機)在執行時負責把代碼翻譯成CPU能執行的指令。

區別

編譯型語言生成的文件已經針對某個特定的CPU生成了最終文件，所以在下載的時候針對不同的CPU下載不同的文件，這就是為什么在網上下載某個文件時，Windows系統用戶下載Windows的下載包(因為Windows是操作x86系列CPU的)，而Android手機(因為Android是操作ARM系列CPU的)需要下載Android類型的下載包。
針對解釋型語言，因為你的中間文件並不是針對某個CPU的，所以如果某人在網上共享了一個Python源代碼或者中間代碼（字節碼），那么不管你運行什么操作系統，下載的文件是一樣的。而如果你原來沒有下載虛擬機的話，可能你需要下載一個虛擬機才能夠運行這個下載的文件。
你可能會說，我只要裝了Python，就可以運行下載下來的Python文件了呀，這是因為你下載的Python運行包中已經包含了一個虛擬機。

簡單總結：

1，編譯型語言在編譯過程中生成目標平台的指令，解釋型語言在運行過程中才生成目標平台的指令。
2，虛擬機的任務是在運行過程中將中間代碼翻譯成目標平台的指令。

優缺點

1. 解釋語言需要考慮不同平台的共性。比如A平台支持加法和乘法，而B平台僅支持加法。為了執行9乘9這個操作同時還要保證它在A和B兩個平台上都能運行，必須將9乘9翻譯成A.B兩平台都支持的加法，即9個9相加。所以勢必會影響效率。
2. 解釋語言具有跨平台的優點，只要在平台上裝了針對於該平台的虛擬機，那么一次編寫，N次運行，所以生產效率高。
3. 當代碼發生更改時，解釋語言由於時解釋一句執行一句，效率不會發生更改。但是編譯語言需要重新編譯，效率會受到影響。
4. 對解釋型語言來說，代碼的錯誤檢查發生在執行時。

Python的運作模式

講了這么多，下面的部分是才是真正對我們編寫代碼有實際影響的。

python運行時分為下面的四步：

• 詞法分析
• 句法分析
• 編譯
• 解釋

1. 詞法分析的工作就是將輸入的原始代碼分解為一些符號token（包括標示符，關鍵字，數字, 操作符等）。這個過程中是不會報任何錯的。
2. 句法分析程序再接收這些符號，並用一種結構來展現它們之間的關系（在這種情況下使用的抽象語法樹）。此時如果出現句法錯誤，會有提示。
   我們常說，Python運行時不會執行函數，所以也不會報函數中的錯誤。
   其實是說的片面的，請看下面的代碼，我在函數f中寫了一個語法錯誤，Python會報錯。

L=[1,2,3]
def f():
    L1=[for i in L]

執行結果如下：

  File "hh.py", line 4
    L1=[for i in L]
          ^
SyntaxError: invalid syntax

3. 在句法分析后Python接收這棵抽象語法樹，並將它轉化為一個（或多個）代碼對象。此時會出現我們說的中間碼，或者說字節碼。

>>> def f(x=1,y=2):
...   a='a'
...   b='b'
...   return x+y
... 
>>> f.__code__
<code object f at 0x7fe93cdfc5d0, file "<stdin>", line 1>
>>> dir(f.__code__)
['__class__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'co_argcount', 'co_cellvars', 'co_code', 'co_consts', 'co_filename', 'co_firstlineno', 'co_flags', 'co_freevars', 'co_kwonlyargcount', 'co_lnotab', 'co_name', 'co_names', 'co_nlocals', 'co_stacksize', 'co_varnames']
>>> f.__code__.co_name
'f'
>>> f.__code__.co_nlocals   #定義的局部變量個數
4
>>> f.__code__.co_varnames
('x', 'y', 'a', 'b')
>>> f.__code__.co_argcount  
2
>>> f.__code__.co_code      #字節碼
b'd\x01\x00}\x02\x00d\x02\x00}\x03\x00|\x00\x00|\x01\x00\x17S'

如果我們直接運行一個Python文件，那么Python在執行完后就把這個字節碼文件刪除掉了，因為Python認為復用性不高。
但是如果是一個模塊文件，那么Python會存起來，我們來做個實驗。
a.py

import b

b.py

def f(a=1):
    print(a)

當我們運行只有唯一一條語句的a.py時，Python會創立一個__pycache__的文件夾，其中就包括了b.cpython-34.pyc文件，這個就是b.py的字節碼文件，如果用open函數打開來看看，就會看到下面的二進制文件，如果用普通方式打開，那么會提示編碼錯誤。

>>> open('__pycache__/b.cpython-34.pyc','rb').read()
b'\xee\x0c\r\n0%\xd8U\x19\x00\x00\x00\xe3\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x03\x00\x00\x00@\x00\x00\x00s\x13\x00\x00\x00d\x00\x00d\x01\x00d\x02\x00\x84\x01\x00Z\x00\x00d\x03\x00S)\x04\xe9\x01\x00\x00\x00c\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x00\x00C\x00\x00\x00s\x0e\x00\x00\x00t\x00\x00|\x00\x00\x83\x01\x00\x01d\x00\x00S)\x01N)\x01\xda\x05print)\x01\xda\x01a\xa9\x00r\x04\x00\x00\x00\xfa\x13/home/aaa/proj/b.py\xda\x01f\x01\x00\x00\x00s\x02\x00\x00\x00\x00\x01r\x06\x00\x00\x00N)\x01r\x06\x00\x00\x00r\x04\x00\x00\x00r\x04\x00\x00\x00r\x04\x00\x00\x00r\x05\x00\x00\x00\xda\x08<module>\x01\x00\x00\x00s\x00\x00\x00\x00'

4. 解釋器逐個接收這些代碼對象，並執行它們所代表的代碼。

題外話

以下題外話摘錄於網上，如果有什么地方不對，請指正。
現在關於解釋和編譯的界限也不是特別清晰了。
Java需要預先把代碼編譯成虛擬機指令的，然后在運行這些虛擬機指令，有的教科書上會成為混合型或者半編譯型。
像Python和lua這樣就更不好分了，可以直接解釋源代碼運行，也可以編譯為虛擬機指令然后再運行。
php編譯之后的結果可以被Web Server緩存起來，甚至還可以先被翻譯為C++，然后再編譯。
.NET 的CLR運行時是Windows的組成部分，編譯好的.NET 系列語言的代碼直接生成可執行文件，然后被“直接”執行，看起來跟C沒有什么太大的差別。
JavaScript可以被V8引擎編譯為機器碼然后執行，如果在node.js下，這個編譯結果被緩存起來了，你說這跟編譯好再執行的C有什么區別？

編譯型語言

1、編輯：用編輯軟件（EDIT.EXE或記事本）形成源程序（.ASM）,如：LX.ASM;
2、匯編：用匯編程序（MASM.EXE）對源程序進行匯編，形成目標文件（.OBJ），格式如下：MASM LX.ASM;
3、連接：用連接程序（LINK.EXE）對目標程序進行連接，形成可執行文件（.EXE），格式如下：LINK LX.OBJ;
4、執行：如果結果在屏幕在顯示，則直接執行可執行文件。
5、調試：用調試程序（DEBUG.EXE）對可執行文件進行調試，格式如下：DEBUG LX.EXE
目標代碼由機器指令組成，一般不能獨立運行，因為源程序中可能使用了某些匯編程序不能解釋引用的庫函數，而庫函數代碼又不在源程序中，此時還需要鏈接程序完成外部引用和目標模塊調用的鏈接任務，最后輸出可執行代碼

如果對這個方向很感興趣，那么下面的幾篇文章可以進一步閱讀：
http://python.jobbole.com/81660/
http://developer.51cto.com/art/201309/410862.htm
http://developer.51cto.com/art/201003/190924.htm