PyPy

PyPy — реалізація мови програмування Python, інтерпретатор та JIT-компілятор, написані на мові Python (використовується статично типізована підмножина RPython, Restricted Python). Проєкт має за мету швидкодію, ефективність та 100 % сумісність з класичною реалізацією Python на мові Сі — CPython.

PyPy

Тип	інтерпретатор та компілятор (як набір інструментів) Python
Стабільний випуск	5.9 (5 жовтня, 2017; 7 років тому (2017-10-05))
Операційна система	крос-платформовий
Мова програмування	Python
Стан розробки	активний
Ліцензія	MIT License
Репозиторій	github.com/pypy/pypy
Вебсайт	pypy.org

Завдяки залученню JIT-компілятора, котрий на льоту транслює деякі елементи в машинний код, PyPy при виконанні деяких операцій в кілька разів обганяє у продуктивності оригінальний інтерпретатор CPython. Ціною високої продуктивності та використання JIT-компіляції є більше споживання пам'яті — загальне споживання пам'яті в складних і тривало працюючих процесах (наприклад, при трансляції PyPy силами самого PyPy) перевищує споживання CPython в півтора-два рази.

Історія проєкту

PyPy є продовженням проєкту Psyco, JIT-компілятора для Python, розробленого Арміном Ріго (Armin Rigo). Мета PyPy в тому, щоб мати JIT-компілятор з охопленням, яке не було доступне для Psyco. PyPy почався як дослідницький проєкт для розробників.

Зріла стадія розвитку і офіційна версія 1.0 була досягнута в середині 2007 року, наступний акцент був зроблений на випуску production-ready версії з більшою сумісністю з CPython.

Версію 1.1 була випущено 28 квітня 2009 року.

У березні 2010 року вийшла версія 1.2, в якій особливу увагу було приділено швидкості. Ця версія включає в себе JIT-компілятор, який працює, але не рекомендований для використання в production.

26 листопада 2010 була випущена версія 1.4. Ця версія вперше в режимі JIT-компілятора по швидкості перевершує CPython^[1]. Також розробники вважають, що ця версія готова для використання в production^[2].

У червні 2014 вийшла перша^[3] стабільна версія з підтримкою Python 3, гілка PyPy3 розвивається синхронно з PyPy і відрізняється підтримкою Python 3.

Цілі проєкту

PyPy був задуманий як реалізація Python написана на Python. Той факт, що PyPy реалізований на мові високого рівня робить його гнучкішим і дозволяє легше експериментувати з новими можливостями, ніж CPython, і легко визначити області, де він може бути поліпшений.

PyPy покликаний забезпечити єдиний механізм трансляції. Він підтримує фреймворк для реалізації динамічних мов програмування і здійснює чіткий поділ між специфікацією мови та її реалізацією.

Він також покликаний забезпечити сумісність, гнучкість і швидкість реалізації мови програмування Python і дозволяє реалізовувати нові можливості без необхідності програмування на мові низького рівня.^[4]

Трансляція

PyPy складається з стандартного інтерпретатора і транслятора.

Інтерпретатор повністю реалізує мову Python, використовуючи обмежену підмножину мови, звану RPython (Restricted Python). На відміну від стандартного Python, RPython є статично типізованим для ефективнішої компіляції^[5].

Транслятор є набором інструментів, який аналізує код RPython і переводить його в мови нижчого рівня, такі як C, байт-код Java або CIL. Він також підтримує спільні збирачі сміття і дозволяє опціонально включати Stackless. Також він включає JIT-компілятор для трансляції коду в машинні інструкції під час виконання програми.

RPython

Сам інтерпретатор PyPy написаний у обмеженій підмножині Python під назвою RPython (обмежений Python). RPython накладає деякі обмеження на мову Python, так що тип змінної можна визначити під час компіляції.^[6][7]

Проєкт PyPy розробив ланцюжок інструментів, який аналізує код RPython і перетворює його у форму байтового коду, який можна опустити в C. Раніше крім C існували інші бекенди: Java, CSharp та Javascript, але ті, що постраждали від бітротів і були видалені. Таким чином, рекурсивний логотип PyPy — це змія, яка ковтає себе, оскільки RPython перекладається інтерпретатором Python. Код також можна запускати в неперекладеному вигляді для тестування та аналізу, що забезпечує хороший тестовий майданчик для дослідження динамічних мов.

Він дозволяє підключати збирачі сміття, а також додатково включати функції Stackless Python. Нарешті, він включає генератор JIT (just-in-time), який вбудовує компілятор just-in-time в інтерпретатор з огляду на кілька анотацій у вихідному коді інтерпретатора. Згенерований компілятор JIT є трасуванням JIT.^[8]

Тепер RPython також використовується для написання не-Python мовних реалізацій, таких як Pixie.^[9]

PyPy як засіб реалізації інтерпретаторів

Компілятор мови RPython можна використовувати і для написання інтерпретаторів з інших мов програмування. Додавши в код такого інтерпретатора імпорт класу JitDriver і створення його примірник, а потім передавши в цей клас списки глобальних змінних, змінних і незмінних в ході виконання програми, а також зробивши ще кілька очевидних декларацій, ми, після трансляції з прапорцем -opt=jit:, отримуємо працюючий JIT-компілятор мови.^[10]

Підтримувані бекенди

• C — трансляція коду RPython в C і запуск як рідної програми; це стандартний режим роботи;
• CIL — Common Intermediate Language;
• JVM — віртуальна машина Java;
• Python — транслятор PyPy також може бути запущений в інтерпретаторі Python, хоча швидкість роботи буде вкрай низькою; ця можливість корисна для зневадження.

Станом на 2010, PyPy відмовився від JavaScript як бекенду.^[11]

Сумісність з CPython

Версія 1.4 сумісна з версією Python 2.5 і може працювати на 32-х і 64-х бітних платформах. PyPy повністю підтримує модулі написані на чистому Python. Для використання бінарних (.so і .pyd) розширень PyPy має початкову підтримку API CPython у вигляді окремого модуля cpyext. Для нормальної роботи цих розширень потрібно їх перекомпіляція.^[12]

Відомо, що такі бібліотеки і фреймворки можуть працювати в PyPy^[12]:

• ctypes
• django (бази даних не підтримуються, за винятком sqlite)
• twisted (без підтримки SSL)
• pylons
• nevow^[en]
• pyglet