Pr5.md

Задача 1

Исследование виртуальной стековой машины CPython. Изучите возможности просмотра байткода ВМ CPython.

import dis

def foo(x):
    while x:
        x -= 1
    return x + 1

print(dis.dis(foo))

Опишите по шагам, что делает каждая из следующих команд (приведите эквивалентное выражение на Python):

11 0 LOAD_FAST 0 (x) 2 LOAD_CONST 1 (10) 4 BINARY_MULTIPLY 6 LOAD_CONST 2 (42) 8 BINARY_ADD 10 RETURN_VALUE

1. 0 LOAD_FAST 0 (x) - Загружает переменной x из локалки. Это эквивалент получения значения переменной в Python.

x

2. 2 LOAD_CONST 1 (10) - Загружает константы (10) в стек.

10

3. 4 BINARY_MULTIPLY - Извлекает два верхних элемента из стека и выполняет операцию умножения, результат помещает обратно в стек.

x * 10

4. 6 LOAD_CONST 2 (42) - Загружает константу 42 в стек.

42

5. 8 BINARY_ADD - Извлекает два верхних элемента из стека и выполняет операцию сложения, результат помещает обратно в стек.

(x * 10) + 42

6. 10 RETURN_VALUE - Возвращает верхнее значение из стека в качестве результата функции и завершает её выполнение.

return (x * 10) + 42

Полный эквивалент на Python:

def foo(x):
    return (x * 10) + 42

Задача 2

Что делает следующий байткод (опишите шаги его работы)? Это известная функция, назовите ее.

  5           0 LOAD_CONST               1 (1)
              2 STORE_FAST               1 (r)

  6     >>    4 LOAD_FAST                0 (n)
              6 LOAD_CONST               1 (1)
              8 COMPARE_OP               4 (>)
             10 POP_JUMP_IF_FALSE       30

  7          12 LOAD_FAST                1 (r)
             14 LOAD_FAST                0 (n)
             16 INPLACE_MULTIPLY
             18 STORE_FAST               1 (r)

  8          20 LOAD_FAST                0 (n)
             22 LOAD_CONST               1 (1)
             24 INPLACE_SUBTRACT
             26 STORE_FAST               0 (n)
             28 JUMP_ABSOLUTE            4

  9     >>   30 LOAD_FAST                1 (r)
             32 RETURN_VALUE

1. 0 LOAD_CONST 1 (1) - Загружает константу (1) в стек.
2. 2 STORE_FAST 1 (r) - Сохраняет значение 1 в локальной переменной r.
3. 4 LOAD_FAST 0 (n) - Загружает значение переменной n из локальной области в стек.
4. 6 LOAD_CONST 1 (1) - Загружает константу (1) в стек.
5. 8 COMPARE_OP 4 (>) - Сравнивает значение n с 1. Проверяет, больше ли n единицы.
6. 10 POP_JUMP_IF_FALSE 30 - Если результат сравнения False (то есть n не больше 1), выполняется переход на инструкцию с индексом 30 (выход из цикла). Иначе продолжает выполнение следующих команд.
7. 12 LOAD_FAST 1 (r) - Загружает значение переменной r из локальной области.
8. 14 LOAD_FAST 0 (n) - Загружает значение переменной n из локальной области.
9. 16 INPLACE_MULTIPLY - Перемножает r и n и сохраняет результат в r.
10. 18 STORE_FAST 1 (r) - Обновляет значение переменной r новым результатом умножения.
11. 20 LOAD_FAST 0 (n) - Загружает значение переменной n.
12. 22 LOAD_CONST 1 (1) - Загружает константу 1.
13. 24 INPLACE_SUBTRACT - Вычитает 1 из n и сохраняет результат в n.
14. 26 STORE_FAST 0 (n) - Обновляет значение переменной n.
15. 28 JUMP_ABSOLUTE 4 - Переход к началу цикла (инструкция с индексом 4), чтобы проверить условие заново.
16. 30 LOAD_FAST 1 (r) - Загружает значение переменной r.
17. 32 RETURN_VALUE - Возвращает значение r и завершает выполнение функции.

Этот байткод соответствует реализации функции вычисления факториала с помощью цикла while.

def factorial(n):
    r = 1
    while n > 1:
        r *= n
        n -= 1
    return r

Задача 3

Приведите результаты из задач 1 и 2 для виртуальной машины JVM (Java) или .Net (C#).

Эквивалент функции из Задания №1 на языке Java:

public int foo(int x) {
    return (x * 10) + 42;
}

Байт-код JVM:

public int foo(int);
  Code:
     0: iload_1           // Загружает параметр x
     1: bipush 10         // Загружает константу 10
     3: imul              // Умножает x на 10
     4: bipush 42         // Загружает константу 42
     6: iadd              // Складывает результат умножения с 42
     7: ireturn           // Возвращает результат

Эквивалент функции из Задания №2 на языке Java:

public int factorial(int n) {
    int r = 1;
    while (n > 1) {
        r *= n;
        n--;
    }
    return r;
}

Байт-код JVM:

public int factorial(int);
  Code:
     0: iconst_1           // Загружает константу 1
     1: istore_2           // Сохраняет ее в переменную r
     2: iload_1            // Загружает n
     3: iconst_1           // Загружает константу 1
     4: if_icmple 21       // Переход к инструкции 21, если n <= 1

     7: iload_2            // Загружает r
     8: iload_1            // Загружает n
     9: imul               // Умножает r на n
    10: istore_2           // Сохраняет результат в r
    11: iload_1            // Загружает n
    12: iconst_1           // Загружает константу 1
    13: isub               // Вычитает 1 из n
    14: istore_1           // Сохраняет результат в n
    15: goto 2             // Переход на инструкцию 2 (начало цикла)

    21: iload_2            // Загружает r
    22: ireturn            // Возвращает r