Python与Javascript相互调用超详细讲解（二）基本原理Part 2 - 通过翻译/解释副语言

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首先要明白的是，javascript和python都是解释型语言，它们的运行是需要具体的runtime的。

  • Python： 我们最常安装的Python其实是cpython，它有一个基于C的解释器。除此之外还有像pypy这种解释器，等等。基本上，不使用cpython作为python的runtime的最大问题就是通过pypi安装的那些外来包，甚至有一些cpython自己的原生包（像collections这种）都用不了。
  • JavaScript： 常见的运行引擎有google的V8，Mozilla的SpiderMonkey等等，这些引擎可以把JavaScript代码转换成机器码执行。基于这些基础的运行引擎，我们可以开发支持JS的浏览器（比如Chrome的JS运行引擎就是V8）；也可以开发功能更多的JS运行环境，比如Node.js，相当于我们不需要一个浏览器，也可以跑JS代码。有了Node.js，JS包管理也变得方便许多，如果我们想把开发好的Node.js包再给浏览器用，就需要把基于Node.js的源代码编译成浏览器支持的JS代码。

在本文叙述中，假定：

  • 主语言： 最终的主程序所用的语言
  • 副语言： 不是主语言的另一种语言

例如，python调用js，python就是主语言，js是副语言

TL; DR

适用于：

  1. 希望自己的项目不要依赖副语言的runtime。换句话说，python调javascript的时候想只装一个python，javascript调用python的时候也不想装python。
  2. 副语言基本是纯代码，没有用其他底层实现，也没有引用太多复杂的包。比如，javascript调python，python用了numpy，打咩；python调用javascript，javascript用了一些C++的Node插件，打咩。
  3. 主语言和副语言交互很频繁，且交互的对象很难序列化（比如函数，复杂的类之类的）。
  4. 如果是python调用javascript，对运行效率不要有太多要求。

有库！有库！有库！

python调javascript

  • Js2Py： pip install js2py
    • 优点：
      1. 目前为止最好的JavaScript to python翻译器了，除了依赖底层C++实现的包的Node.js包，应该基本都可以翻译，翻译得还蛮快。
      2. 有翻译成python的中间结果，翻译完之后以后再import同一个javascript包的话，会直接调用python版本。
      3. 看起来作者最近还在维护。
    • 缺点：
      1. Javascript部分代码也比较复杂的时候，会比直接在Node.js里运行这部分js code慢很多。虽然这个库里也实现了一个python的javascript解释器，能比翻译器快，但目前它实现的版本里只支持运行一段给定的javascript代码，两种语言的交互部分的优势就没了，期待作者后面加更多新feature吧。
      2. 把它放到自己的应用场景的时候，总有一些小问题，可能需要稍微修改源码优化。比如：
        • 对Node.js包的安装-翻译-调用这部分的pipeline做得不是特别好，影响程序效率。比如说，它翻译之前要先把基于ES6的包用babel转成ES5，但像babel这样的依赖项被安装在了临时目录里，导致每次打开python进程执行翻译的时候都要安装一次。不过，同一个python进程里翻译多次不会重复安装，多个python进程里多次引用同一个包也不会，后面几次直接会导入翻译好的python版本。
        • console.log(a, b, c)翻译之后只会打印a，可能需要改一下js2py里console的实现。

javascript调python

  • Brython：是python3的javascript解释器，主要目的是让浏览器可以跑python，没太用过。
  • PScript: 把python代码翻译成javascript代码，但正如其包名所说，只能翻译纯python的简单脚本（换句话说，只能翻译python的一个子集）。
  • Transcrypt：python to javascript翻译器，也只能翻译一个子集。
    • 优点： 功能比较全的javascript to python翻译器。
      1. 虽然只能翻译python语言的一个子集，但功能比PScript还是要全不少的。
      2. 翻译的时候还有许多宏可以决定要如何翻译。
    • 缺点：在我删光了我的python代码里对numpy的依赖后，发现collections包也翻译不了，遂放弃此路。

原理

由于python和javascript都不是强类型的语言，因此一定程度上也是可以互译的。其次，由于它们都属于解释型语言，因此也可以用主语言实现一个副语言的解释器，最后统一在主语言的runtime下运行。更深入的原理涉及一些编译原理的知识，咱也不太懂，就只按自己的粗浅理解简单讲一下，不详细展开了，有不对的地方欢迎指正。

这种打不过就加入（……）的方式有两种实现方法，一种是直接翻译成主语言，另一种是用主语言写一个副语言的解释器。翻译和解释的区别在哪儿呢？简单举个例子，假如你是个中文母语者：

  • 翻译： 有人跟你说“Go and fetch a book”（副语言），你先在脑中翻译成中文（主语言）：“去拿本书”，哦……懂了（解析主语言），然后去拿书了（在主语言runtime下执行指令）
  • 解释： 有人跟你说“Go and fetch a book”（副语言），你直接懂了（解析副语言），然后就去拿书了（在主语言runtime下运行）。（这不是我们学外语的理想状态嘛！）

顺便一提，在这个例子里，编译型语言就像是，有人早上跟你说“Go and fetch a book”，经过漫长的训练（编译和链接），然后你就变成了一个只会拿书的机器（可执行文件），这一天里别人只要叫你（运行Run），你就会自动去拿书，不需要再跟你说“Go and fetch a book”（源代码）。

解析副语言

不管是翻译还是解释，首先的第一步应该都是要解析副语言。一般情况下可以选择解析出副语言的抽象语法树（AST），然后根据抽象语法树决定如何翻译，或者如何执行程序。

以副语言为js，即python调用javascript为例。

题外话： javascript有个专门的包esprima.js专门解析js code的AST。Js2Py的作者把它人工翻译成了Python（强！）：pyjsparser，成功为js翻译成python打好了基石。

这是pyjsparser解析出来的一个AST：

>>> from pyjsparser import parse
>>> parse('const abc = "Hello!"\nconst c = abc')
{
  "type": "Program",
  "body": [
    {
      "type": "VariableDeclaration",
      "declarations": [
        {
          "type": "VariableDeclarator",
          "id": {
            "type": "Identifier",
            "name": "abc"
          },
          "init": {
            "type": "Literal",
            "value": "Hello!",
            "raw": "\"Hello!\""
          }
        }
      ],
      "kind": "const"
    },
    {
      "type": "VariableDeclaration",
      "declarations": [
        {
          "type": "VariableDeclarator",
          "id": {
            "type": "Identifier",
            "name": "c"
          },
          "init": {
            "type": "Identifier",
            "name": "abc"
          }
        }
      ],
      "kind": "const"
    }
  ]
}

我们就可以遍历这个AST，然后智能地翻译出等价的python程序。
比如第一层是程序层，body只有一个元素，说明程序只有两行指令，都是定义变量（"VariableDeclaration"）。
那么怎么定义的呢？从declarations可知，每个指令只定义了一个变量，且类型都是const常量（说明后面不允许改变值）。
我们知道定义变量需要知道：（1）变量的名字（2）有无初始值。
第一个变量的名字（id）是abc，有初始值（init），是一个字面量（Literal），转成python的字面量之后值在value字段里，声明时的原始代码在raw里。举个例子，可以简单地翻译为abc = Constant("Hello")，其中Constant是特地为JS定义的常量类型。第二个变量的名字（id）是c，有初始值（init），是通过变量定义的，变量的标识符(Identifier)为abc。同理，也可以翻译为c = Constant(abc)。

如果是解释器的话，最后python中只要有2个常量，名字分别是abc和c，且值都为"Hello"就行，不需要特地关心如何得到这个结果的，甚至于可能，我也不需要实际执行两次赋值。

当然实际使用的时候，翻译和解释的实现可能比这复杂得多，但基本都有前人已经做过相关的工作了。

优点

  1. 只需要装主语言的runtime。对于想把自己的项目作为主语言的插件分发，不要求目标机器一定得有副语言runtime的情况比较适用。举例子的话，比如想直接在线尝试python，可以用python到js的翻译库或者解释器，这样可以不需要装python也可以运行python，对于把python嵌入浏览器可能有不错的效果。
  2. 无缝交互！因为最后都在一个体系里了，再也不用为了传递函数和复杂类对象而烦恼。

缺点

  1. 副语言能支持的包有限。比如python转成js的时候，甚至很多原生包（如collections都用不了，更别说numpy之类的了）；js转python还好，大概只要不是底层由C++实现的Node.js包的话，应该都可以翻译成功。这基本是通过这种原理javascript调用python的瓶颈。
  2. 两种语言运行效率不同。由于Javascript运行速度比python快多了，如果是python调用javascript，在整个项目javascript比重很大，且运行效率又很重要的时候，会慢到不能接受（……），个人觉得这是python通过该原理调用javascript的最大瓶颈。
posted @ 2022-01-15 16:57  milliele  阅读(723)  评论(0)  编辑  收藏  举报