从 0 到 1 ，手写一个自己的 Python 虚拟机！

廖雪峰 · 公众号 · · 2024-05-08 19:09

正文

这两天刷知乎，看见一个老哥三年前对「编译器开发前景」的回复，可以说是精准预测未来了。随着去年 OpenAI 的爆发，国内芯片自主研发的步伐也在逐渐加速，越来越多的公司开始组建自己的编译器团队，不单单是以前传统的芯片公司需要编译器开发人员，互联网公司、智驾企业，甚至物流行业、医药行业也纷纷下场开发自己领域的大模型，这导致 AI 编译器领域对相关人才的需求越来越大。

我们都知道，AI 编译器的研发是一个复杂且漫长的过程，它要求大家不仅要具备扎实的计算机科学基础，还需要对人工智能和机器学习领域有深刻的洞察。

可是，在学校里想短时间内学明白这么多东西，挺难的，就算学了一大堆理论，真正上手干活儿的时候，还是会手生，并且还缺乏与工业界实际需求对接的实践机会。甚至工作几年了，还有不少人对虚拟机的底层工作原理了解得不够透彻，遇到内存管理、编译优化等生产上的问题时，没有办法快速解决。

如何具备这样的能力呢？

我是跟着华为资深编译专家，原 Huawei JDK 团队负责人「海纳」的书《自己动手写 Python 虚拟机》，一步步上道的。他经过十多年的探索和实践，发现动手写一个虚拟机是快速上手编译开发的最优的路线。通过手写 Python 虚拟机，可以获得从宏观到微观多维度的编程能力。

深入了解编程语言的工作原理和执行流程。
掌握编译原理，特别是编译器的前端和后端工作机制。
了解如何优化虚拟机的性能，包括 JIT 编译技术和内存管理策略。
实现虚拟机的内存管理模块，掌握自动垃圾回收算法和内存分配策略。
通过构建一个完整的虚拟机项目，体验软件工程从设计、编码到测试和维护的全过程。

最近我有机会与海纳老师交流，他告诉我和极客时间合作最新推出了一个专栏《手写 Python 虚拟机》。这个专栏是他多年实战经验的精华，旨在帮助大家从 初级阶段就能够快速掌握编译技术 。海纳老师还将书中基于 Python 2.7 的内容升级到了 Python 3.0，并会一步步引导我们构建自己的 Python 虚拟机。每个环节都提供了详细的示例代码，如果在学习过程中遇到问题，也可以随时在读者群向老师求助。

专栏刚上线，目前正在 早鸟特惠，仅需 ¥79 ！这是一个与海纳老师一起动手实现属于你自己的编译器的绝佳机会，不仅能提升你的编程技能，还能为自己搭建起一个技术护城河。别错过这个学习提升的好时机！

早鸟秒杀，到手 ¥79

如果你是新人，到手只要 ¥59！

在这儿特别介绍下海纳老师，他原是 Huawei JDK 团队的负责人，现在担任华为资深编译器专家，主要负责华为编译器领域的相关创新工作。这两年，他笔耕不辍，不仅在 2019 年出版了《自己动手写 Python 虚拟机》一书，还在极客时间连载了新的内存专栏，上线三天就突破千人学习。此外他还长期维护知乎专栏《进击的 Java 新人》，近期他的《从零开始写 Linux 内核》也即将面世。海纳老师的无私分享精神和对技术深入探索的热情，无疑为我们的学习之路提供了宝贵的指引。

海纳老师的工作，主要涉及的都是数据库、操作系统、编译器和图像处理，以及计算机视觉等方面，因此也让他积累了大量相关的一线实战经验。

在这个专栏里，海纳老师就是秉承着“实践化学习”的理念，避免了理论与实践的割裂感，难以把知识内化的问题，整个项目既环环相扣，又有一定的独立性按照不同的模块将课程分成了 6 个章节层层叠进。如下图所示：

第一阶段编程语言的发展历程与基本架构

这一阶段海纳老师会带你深入探讨虚拟机的起源与演进，了解它的核心优势，学习编译器是如何将源代码转化为字节码的，你还可以通过实例看到虚拟机的执行过程，包括字节码序列化、解释执行及 JIT 编译技术。

第二阶段控制流

在这部分，你会了解到 Python 字节码指令集、字节码文件的格式、虚拟机如何对字节码文件进行加载等内容。然后就可以实现最基本的控制流了，例如分支结构、循环结构。也就是说，虚拟机已经具备了基本的计算能力。

第三阶段函数的实现机制

函数作为 Python 语言的第一类公民，可以做为参数传递给其他函数，也可以做为返回值被传出函数之外。这是函数式编程最基本的特性，但要实现函数式编程，还需要理解自由变量、闭包等特性，所以这一阶段你会全面了解语言虚拟机是如何实现这些高级特性的。

第四阶段对象系统和语言内建对象

面向对象编程的三大特征是封装、继承和多态。在这一章中，你会看到虚拟机是如何实现通过类型创建对象，以及如何表达类型之间的继承关系这些基本内容的，然后进一步掌握运行时识别、函数覆写、操作符重载等面向对象编程中的高级主题。

第五阶段内存管理与垃圾回收

这一阶段你会学到 Python 对象的内存分配策略，包括静态分配与动态分配的原理与实现。同时也对垃圾回收算法（如引用计数、标记清除、分代回收）的选择与实现有初步的了解。垃圾回收算法是一个独立且庞大的体系，而这一章将成为你学习垃圾回收算法的第一课，带你轻松走进内存管理知识殿堂。

从 0 到 1 ，手写一个自己的 Python 虚拟机！

正文

请到「今天看啥」查看全文