python - 如何在调试 cpython 时遍历 Python 操作码？

我想了解 Python 解释器的功能。我了解操作码的生成过程，并希望更好地了解解释器部分。为此，我在互联网上阅读了很多内容，并了解了 python 解释器(Cpython)中 for (;;) 文件中的 ceval.c 循环。

现在我想解释以下 python 代码 a.py :

a = 4
b = 5
c = a + b

当我做 python -m dis a.py

  1           0 LOAD_CONST               0 (4)
              2 STORE_NAME               0 (a)

  2           4 LOAD_CONST               1 (5)
              6 STORE_NAME               1 (b)

  3           8 LOAD_NAME                0 (a)
             10 LOAD_NAME                1 (b)
             12 BINARY_ADD
             14 STORE_NAME               2 (c)
             16 LOAD_CONST               2 (None)
             18 RETURN_VALUE

现在我已将调试点放在 switch(opcode) 的 ceval.c 行中。现在，当我启动调试器时，它出现了 2000 多次这个位置。我认为这是因为在开始之前，python 还必须做一些其他的解释。所以，我的问题是如何只调试相关的操作码指令？

基本上，我怎么知道我正在调试的指令实际上来自我创建的程序？

请帮我解决同样的问题。提前致谢。

最佳答案

我做了很多 CPython 调试，以更好地理解它的工作方式。我通过编写 C 扩展模块解决了在 Python 源文件中设置 gdb 断点的可能性。

想法 : CPython 是一个用 C 语言编写的大程序。我们可以像任何 C 程序一样轻松调试它——这里没有问题。如果我们想在 _PyType_Lookup 函数启动时停止执行，我们只需运行 break _PyType_Lookup 命令。因此，如果我们将我们自己的 C 函数添加到 CPython 程序中，例如 cbreakpoint ，我们可以在每次调用 cbreakpoint 时停止执行。如果我们找到将这个 cbreakpoint 函数插入 source.py 的方法，我们将获得所需的功能 - 每次解释器看到 cbreakpoint 时，它都会被停止(如果我们之前设置了 break cbreakpoint )。我们可以通过编写 C 扩展来做到这一点”。

我是怎么做到的(我可能会错过一些东西，因为我是从内存中复制的):

下载了一个 CPython 源代码到~/learning_python/cpython-master 目录并编译。有一些错综复杂的 - Can't get rid of “value has been optimized out” in GDB 。

自己创建了一个模块 - my_breakpoint.c 。

创建了一个安装文件 - my_breakpoint_setup.py 。

运行一个

~/learning_python/cpython-master/python my_breakpoint_setup.py build

命令。它创建了一个 my_breakpoint.cpython-38dm-x86_64-linux-gnu.so 文件。

将上一步中的共享对象文件复制到 CPython 的 Lib 目录中:

cp -iv my_breakpoint.cpython-38dm-x86_64-linux-gnu.so ~/learning_python/cpython-master/Lib/

为了方便起见，需要复制，否则我们应该在我们想要使用(导入)这个模块的任何目录中都有这个 .so 文件。

现在，我们可以制作以下 source.py :

#!/usr/bin/python3

from my_breakpoint import cbreakpoint

cbreakpoint(1)
a = 4

cbreakpoint(2)
b = 5

cbreakpoint(3)
c = a + b

要执行这个文件，我们必须使用我们的 ~/learning_python/cpython-master 解释器，而不是系统的 python3 ，因为系统的 python 没有 my_breakpoint 模块:

~/learning_python/cpython-master/python source.py

要调试此文件，请执行以下操作:

gdb --args ~/learning_python/cpython-master/python -B source.py

然后，在 gdb 里面:

(gdb) start

(gdb) break cbreakpoint
Function "cbreakpoint" not defined.
Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y
Breakpoint 2 (cbreakpoint) pending.

(gdb) cont

有一个问题。当您按下 cont 时，gdb 停止在 cbreakpoint 函数的开头，您需要执行许多 next 命令来跳过此函数和 CPython 函数调用代码以实现所需 Python 代码执行的开始。或者你可以在 cbreakpoint 被命中后设置一个新的断点，比如:

(gdb) break ceval.c:1080 ### The LOAD_CONST case beginning
(gdb) cont

但是，在多次执行此操作后，我将这些操作自动化，因此您只需将这些行添加到您的 ~/.gdbinit 中:

set breakpoint pending on
break cbreakpoint
    command $bpnum
    tbreak ceval.c:1098
        command $bpnum
        n
        end
    cont
    end
set breakpoint pending off

现在，您只需像第 7 步一样启动 gdb 并执行以下操作:

(gdb) start
(gdb) cont

您将跳转到 source.py 代码执行的开头。

my_breakpoint.c

#include <Python.h>

static PyObject* cbreakpoint(PyObject *self, PyObject *args){
    int breakpoint_id;

    if(!PyArg_ParseTuple(args, "i", &breakpoint_id))
        return NULL;

    return Py_BuildValue("i", breakpoint_id);
}

static PyMethodDef my_methods[] = {
    {"cbreakpoint", cbreakpoint, METH_VARARGS, "breakpoint function"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef my_breakpoint = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "my_breakpoint",
    "the module for setting C breakpoint in the Python source",
    -1,
    my_methods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_my_breakpoint(void){
    return PyModule_Create(&my_breakpoint);
}

my_breakpoint_setup.py

from distutils.core import setup, Extension

module = Extension('my_breakpoint', sources = ['my_breakpoint.c'])

setup (name = 'PackageName',
       version = '1.0',
       description = 'This is a package for my_breakpoint module',
       ext_modules = [module])

附言

我过去问过同样的问题，它对你有用: The optimal way to set a breakpoint in the Python source code while debugging CPython by GDB 。

关于python - 如何在调试 cpython 时遍历 Python 操作码？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/58343685/