سي بايثون

CPython هو التطبيق المرجعي للغة البرمجة بايثون . مكتوب بلغة C وبايثون، وهو التطبيق الافتراضي والأكثر استخدامًا للغة بايثون.

يمكن تعريف CPython بأنه مترجم ومفسر في آن واحد ، حيث يقوم بتحويل كود بايثون إلى بايت كود قبل تفسيره. ويحتوي على واجهة وظائف خارجية مع عدة لغات، بما في ذلك لغة C، حيث يجب كتابة روابط الدوال صراحةً بلغة أخرى غير بايثون.

من السمات المميزة لـ CPython استخدامها لقفل المفسر العام (GIL)، بحيث لا يمكن إلا لخيط واحد معالجة بايت كود في كل عملية مفسر CPython في الوقت نفسه. ^{[ 2 ]} هذا لا يعني عدم جدوى تعدد الخيوط ؛ فالسيناريو الأكثر شيوعًا لتعدد الخيوط هو عندما تنتظر الخيوط في الغالب اكتمال العمليات الخارجية.

قد يحدث هذا عندما تقوم عدة خيوط معالجة بخدمة عملاء منفصلين. قد ينتظر أحد الخيوط ردًا من العميل، بينما ينتظر خيط آخر تنفيذ استعلام قاعدة بيانات ، في حين يقوم الخيط الثالث بمعالجة كود بايثون فعليًا.

ومع ذلك، فإن GIL يعني أن CPython غير مناسب للعمليات التي تنفذ خوارزميات كثيفة الاستخدام لوحدة المعالجة المركزية في كود Python والتي يمكن توزيعها على عدة أنوية.

في التطبيقات العملية، نادراً ما يُمثل قفل المفسر العام (GIL) عائقاً كبيراً. ويعود ذلك إلى أن لغة بايثون بطيئة بطبيعتها، ولا تُستخدم عادةً في العمليات التي تتطلب موارد معالجة مكثفة أو حساسة للوقت. تُستخدم بايثون عادةً على المستوى الأعلى، وتستدعي دوالاً من مكتبات لتنفيذ مهام متخصصة. هذه المكتبات ليست مكتوبة بلغة بايثون في الغالب، ويمكن تنفيذ كود بايثون في خيط معالجة آخر أثناء استدعاء إحدى هذه العمليات الأساسية. المكتبة غير المكتوبة بلغة بايثون، والتي يتم استدعاؤها لتنفيذ المهمة التي تتطلب موارد معالجة مكثفة، لا تخضع لقفل المفسر العام (GIL)، ويمكنها تنفيذ العديد من خيوط المعالجة في وقت واحد على معالجات متعددة دون قيود.

لا يمكن تحقيق التزامن في تنفيذ كود بايثون إلا من خلال عمليات مترجم CPython منفصلة تُدار بواسطة نظام تشغيل متعدد المهام . يُعقّد هذا الأمر التواصل بين عمليات بايثون المتزامنة ، إلا أن وحدة المعالجة المتعددة تُخفف من هذا التعقيد إلى حد ما؛ مما يعني إمكانية تنفيذ التطبيقات التي تستفيد فعلاً من تنفيذ كود بايثون المتزامن بأقل قدر من النفقات العامة .

يُسهّل وجود قفل المفسر العام (GIL) عملية تنفيذ CPython، ويُيسّر إنشاء تطبيقات متعددة الخيوط لا تستفيد من تنفيذ أكواد بايثون المتزامنة. مع ذلك، في غياب قفل المفسر العام، يجب على تطبيقات المعالجة المتعددة التأكد من أن جميع الأكواد المشتركة آمنة للاستخدام في بيئات متعددة الخيوط.

على الرغم من تقديم العديد من المقترحات لإلغاء قفل المفسر العام (GIL)، إلا أن الإجماع العام يشير إلى أن مزايا قفل المفسر العام تفوق عيوبه في معظم الحالات؛ وفي الحالات النادرة التي يُشكل فيها قفل المفسر العام عائقًا، ينبغي بناء التطبيق حول بنية المعالجة المتعددة. وللمساعدة في زيادة التوازي، تم إصدار تحسين في أكتوبر 2023 يسمح بوجود قفل مفسر عام منفصل لكل مترجم فرعي في عملية بايثون واحدة، ووُصفت هذه التحسينات بأنها "خيوط قابلة للمشاركة الاختيارية". ^{[ 3 ] [ 4 ]}

بعد عدة مناقشات، تم إطلاق مشروع في عام 2023 لاقتراح جعل GIL اختياريًا بدءًا من الإصدار 3.13 من بايثون، ^{[ 5 ]} والذي تم إصداره في 7 أكتوبر 2024، في بايثون 3.13.0. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

في عام ٢٠٠٩، تم إنشاء فرع مدعوم من جوجل باسم Unladen Swallow لدمج مُصرّف فوري في CPython. ^{[ ٨ ] [ ٩ ]} انتهى التطوير في عام ٢٠١١ دون دمجه في التنفيذ الرئيسي، ^{[ ١٠ ]} على الرغم من أن بعضًا من شفرته، مثل التحسينات التي أُدخلت على وحدة cPickle، قد تم تضمينها. ^{[ ١١ ] [ ٨ ]}

في عام 2021، تم اقتراح "مفسر تكيفي متخصص"، والذي أظهر تحسنًا في الأداء بنسبة تتراوح بين 10% و60% من خلال تخصيص التعليمات الشائعة التنفيذ التي تُظهر استقرارًا واضحًا في النوع ، وتحويلها إلى تعليمات أسرع وأكثر تحديدًا للنوع، مع إمكانية إلغاء تخصيص التعليمات عند الضرورة. ^{[ 12 ]} أُدرج المفسر التكيفي المتخصص (SAI) لأول مرة في بايثون 3.11، والذي أظهر، وفقًا لمجموعة اختبارات الأداء "pyperformance"، سرعةً أعلى بنسبة 25% في المتوسط ​​من بايثون 3.10. ^{[ 13 ]}

في عام ٢٠٢٤، دُمج مُترجم تجريبي يعمل بتقنية الترجمة الفورية (JIT) في فرع التطوير الرئيسي لـ CPython. يعتمد هذا المُترجم المبكر على LLVM ، بهدف تسريع عمليات تنفيذ التعليمات البرمجية الأكثر استخدامًا . عند دمجه، لم يكن المُترجم مُضمنًا في إعدادات البناء الافتراضية لـ CPython، وكان أداؤه يُقارب أداء SAI؛ وكان أحد شروط اعتماده الكامل هو زيادة الأداء بنسبة ٥٪ على الأقل. ^{[ ١٤ ]} ولا يزال مُعطلاً افتراضيًا، مع إمكانية تفعيله من قِبل المستخدمين للتجربة واستكشاف كيف يُمكن لـ Python أن يُنافس لغات البرمجة الأخرى التي تعتمد على تقنية JIT. ^{[ ١٥ ]}

تشمل منصات المستوى الأول المدعومة رسميًا: لينكس لمعالجات إنتل 64 بت باستخدام مجموعة أدوات GCC، وماك أو إس لمعالجات إنتل وARM 64 بت، ومايكروسوفت ويندوز لمعالجات إنتل 32 و64 بت. أما منصات المستوى الثاني المدعومة رسميًا فتشمل: لينكس لمعالجات ARM 64 بت، وwasm32 ( Web Assembly ) مع دعم وقت تشغيل WASI، ولينكس لمعالجات إنتل 64 بت باستخدام مجموعة أدوات clang. وتشمل أنظمة المستوى الثالث المدعومة رسميًا: ويندوز ARM 64 بت، وiOS 64 بت، ونظام تشغيل Raspberry Pi (لينكس لمعالج armv7 مع الفاصلة العائمة الصلبة)، ولينكس لمعالجات PowerPC 64 بت في وضع little-endian، ولينكس لمعالجات s390x .

توجد تطبيقات عملية في المزيد من المنصات، بما في ذلك: ^{[ 16 ]}

شبيهة بنظام يونكس

خاص ومدمج

آخر

تُدرج PEP 11 ^{[ 17 ]} المنصات التي لا تدعمها مؤسسة برمجيات بايثون في CPython . مع ذلك، يمكن دعم هذه المنصات عبر منافذ خارجية. وتشمل هذه المنافذ ما يلي:

تتضمن المنافذ الخارجية غير المدمجة في الإصدار الرسمي من CPython التابع لمؤسسة برمجيات بايثون، والتي تحتوي على روابط لموقع التطوير الرئيسي الخاص بها، وحدات إضافية لوظائف خاصة بالمنصة، مثل واجهة برمجة تطبيقات الرسومات والصوت لأجهزة PSP وSMS، وواجهة برمجة تطبيقات الكاميرا لأجهزة S60. وتشمل هذه المنافذ ما يلي:

CPython هي إحدى تطبيقات بايثون "ذات الجودة الإنتاجية" العديدة ، وتشمل: Jython ، المكتوبة بلغة جافا لآلة جافا الافتراضية (JVM)؛ وPyPy ، المكتوبة بلغة RPython والمترجمة إلى لغة C؛ و IronPython ، المكتوبة بلغة C# للبنية التحتية للغة المشتركة . وهناك أيضًا العديد من التطبيقات التجريبية. ^{[ 48 ]}

• شو، أنتوني (2021). أساسيات لغة بايثون: دليلك إلى مترجم بايثون 3. ريال بايثون. ISBN 9781775093343.

• CPython على GitHub