《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义_6.3 Native 函数

【摘要】 本书摘自《自己动手写 Python 虚拟机》一书中第6章，第3节，海纳编著。

6.3 Native 函数

在 Python 中有很多内建函数，例如 range 、xrange 和 len 等都是内建函数。本节 就通过实现 len 方法来讲解如何在虚拟机里实现 native 函数。

需要明确的第一件事情就是，native 函数也是一个普通对象，它本质上与 Func- tionObject并没有什么不同。所以仍然可以使用FunctionObject 来代表 native 函 数。不同的是，普通的 FunctionObject 的定义是通过字节码 MAKE_FUNCTION 来实现的，上一节重点介绍了这个机制。而 native 函数却没有对应的 Python 字节 码，它的所有实现都在虚拟机内部，也就是说，native 函数都是使用C+ 来实现的 此处需要一个手段把CALL_FUNCTION 与虚拟机内部的实现联系起来，还是要在 FunctionObject 身上打主意。

在 FunctionObject 里增加一个方法，名为 call 。当检查到当前的 FunctionOb- ject 是 native 函数时，就通过 call 方法去调用相关的逻辑。

要完成以上功能，第一个要解决的问题，就是如何判断一个 FunctionObject 所 代表的是不是 native 函数。这个问题是容易解决的，就像之前使用Object 的 Klass tionKlass 来代表 native 函数，代码如代码清单6.19所示。

代码清单6.19 NativeFunctionKlass

//[runtime/functionObject.hpp]

class NativeFunctionKlass:public

private:

NativeFunctionKlass();

static NativeFunctionKlass

public:

static

};

//[runtime/functionObject.cpp]

NativeFunctionKlass*NativeFunctionKlass::instance =NULL;

NativeFunctionKlass*NativeFunctionKlass::get_instance()(

if(instance ==NULL)

instance =new NativeFunctionKlass();

return instance;

}

NativeFunctionKlass::NativeFunctionKlass()(

set_super(FunctionKlass::get_instance());

如果要创建一个 native 函数，只需要把它的 klass 指 向 NativeFunctionKlass 的

实例即可。

第二个要解决的问题，是如何实现 call 方法。思考一下 len 、range 等都是 native 函数，它们 call 方法的逻辑各不相同。 一种策略是像之前实现 print 方法一样，为每 一种不同的对象实现不同的 print 方法。这样做的话，就是为 len 这个函数对象创建 一个独立的 klass, 为 range 这个函数对象创建 一个独立的 klass, 在 klass 内部实现 不同的 call 的逻辑。当然可以这样做，但是太复杂了。回到问题的本源，len 和 range 都是 native 函数，所不同的只是它们被调用时要执行什么功能。其实可以使用函数 指针来完成这个需求，代码如下：

1 HiObject*len(ObjList args);

2 typedef HiObject*(*NativeFuncPointer)(ObjList args);

3

4 class FunctionObject:public HiObject(

5 private:

6

7 NativeFuncPointer _native_func;

8

public:

10 FunctionObject(NativeFuncPointer nfp);

11

12 HiObject * call(ObjList args);

13 };

在 FunctionObject 的定义里引入一个函数指针，这个指针指向的函数，可以接 受 ObjList 作为参数，并且返回值类型是 HiObject* 。 将所有的参数都放到参数列 表args 中去了，而args 是不定长的，所以理论上这种类型可以接受任意多的参数。 用于实现 native 函数是绰绰有余的。接下来，看一下上面的声明所对应的具体实 现，代码如下：

1 FunctionObject::FunctionObject(NativeFuncPointer nfp){

2 _func_code =NULL;

3 _func_name =NULL;

4 _flags =: 0;

5 _globals =NULL;

6 _native_func =nfp;

7

8 set_klass(NativeFunctionKlass;:get_instance());

9

10

11 HiObject*FunctionObject::call(ObjList args){

12 return(*_native_func)(args);

13

实现了 NativeFunctionKlass 以后，就可以在 FunctionObject 中使用它了，将 FunctionObject 的 klass 设为 NativeFunctionKlass 的实例，这个 FunctionObject 就 代表一个 native 函数。同时，要把函数指针指向具体的函数实现。在call 方法里，通 过指针调用具体的方法。在 len 的具体实现中，只需要调用对象的 len 方法即可，目 前虚拟机里只有String 类型，因此，在 StringKlass 中添加 len 的实现。

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