9.4 值栈

求值循环将从值栈获取输入从而真正的工作起来。

The Value Stack

在核心的求值循环中会创建一个值栈。这个栈包含了一系列指向 PyObject 实例的指针，这些实例可以是变量、函数的引用（在 Python 中也是对象）或其他类型的 Python 对象。

求值循环中的字节码指令将从值栈中获取输入。

字节码操作的例子：BINARY_OR

在前几章我们已经探究了如何将二元操作编译成一条指令。如果你在 Python 使用了 or ：

if left or right:
    pass

编译器会把操作符 or 编译成 BINARY_OR 指令：

static int
binop(struct compiler *c, operator_ty op)
{
    switch (op) {
        case Add:
            return BINARY_ADD;
        ...
        case BitOr:
            return BINARY_OR;
        ...

在求值循环中，BINARY_OR 将从值栈中获取两个值作为左右操作数（left 和 right），随后以这两个对象作为参数调用函数 PyNumber_Or() ：

    ...
    case TARGET(BINARY_OR): {
          PyObject *right = POP();
          PyObject *left = TOP();
          PyObject *res = PyNumber_Or(left, right);
          Py_DECREF(left);
          Py_DECREF(right);
          SET_TOP(res);
          if (res == NULL)
                goto error;
          DISPATCH();
    }

最后，将求得的结果 res 放在栈的顶部，覆写了当前栈顶的值。

模拟值栈

要理解求值循环，那你必须先理解值栈的工作原理。

一种理解是值栈就就像一个木钉，你可以在上面不断的摆放圆柱体。在这种情况下，你一次只能添加或删除一个圆柱体，并且总是添加到堆栈顶部或从堆栈顶部移除。在 CPython 中，你可以使用 PUSH(a) 宏将对象添加到值栈中，这里的 a 是一个指向 PyObject 对象的指针。

假设你创建了一个 PyLong 类型且值为 10 的对象，同时你想把它放入值栈中，可以参考下面的例子：

    PyObject *a = PyLong_FromLong(10);
    PUSH(a);

这个操作将产生以下效果：

图9.4.1 值栈的 push 操作

为了获取这个值，你可以在下一次操作中使用 POP() 宏来拿到栈顶的对象。

    PyObject *a = POP(); // a is PyLongObject with a value of 10

这个操作将返回栈顶的值，并且操作完成后值栈中不存在任何值：

图9.4.2 值栈的 pop 操作

现在假设你添加了两个值到值栈中：

    PyObject *a = PyLong_FromLong(10);
    PyObject *b = PyLong_FromLong(20);
    PUSH(a);
    PUSH(b);

值栈内值的顺序与添加的顺序有关，所以 a 被添加到了值栈的第二个位置：

图9.4.3 向值栈添加两个元素

如果你要去获取一个栈顶的值，你将得到指向 b 的指针：

    PyObject *val = POP(); // returns ptr to b

图9.4.4 从值栈取出元素

如果你想要在不弹出对象的情况下获取指向堆栈中顶部值的指针，那你可以使用 PEEK(v) 操作，其中 v 是栈中元素的位置：

    PyObject *first = PEEK(0);

0 代表栈顶的位置，1 则代表栈中第二个位置：

图9.4.5 值栈的 peek 操作

DUP_TOP() 这个宏可以用于克隆栈顶部的值：

    DUP_TOP();

这个操作将复制栈顶部的值，形成指向同一对象的两个指针：

图9.4.6 克隆值栈的顶部元素

ROT_TWO() 则可以交换栈中第一个和第二个值：

    ROT_TWO();

此操作将切换第一个值和第二个值的顺序：

图9.4.7 值栈的元素交换

Stack Effects

每一个操作码都有预定义的栈操作，可以由 Python/compile.c 中的函数 stack_effect() 计算得到。这个函数会返回操作码执行后的值栈中元素数目的增量。

这个增量可能是正值、负值或 0。在执行操作码时，若 stack_effect() 返回值（例如 +1）与值栈中的增量不匹配，就会抛出一个异常。