在C python中，访问字节码评估堆栈

给定一个 C Python 帧指针，如何查看任意计算堆栈条目？ （一些特定的堆栈条目可以通过locals()，我说的是其他堆栈条目。）

我不久前问了一个更广泛的问题：

获取 C python exec 参数字符串或访问计算堆栈

但在这里我想重点关注能够在运行时读取 CPython 堆栈条目。

我将采用适用于 CPython 2.7 或任何高于 Python 3.3 的 Python 的解决方案。但是，如果您有除此之外的工作，请分享，如果没有更好的解决方案，我会接受。

我不想修改 C Python 代码。在 Ruby 中，我实际上已经这样做了得到我想要的。根据我的经验，这可能不是我们想要的工作方式。但同样，如果没有更好的解决方案，我会采用它。 （我对SO点的理解是，无论哪种方式，我都会在赏金中失去它。所以我很高兴看到它落到那些表现出最好的精神和意愿的人手中，假设它有效。）

update:请参阅 user2357112 tldr 的评论；基本上这是很难做到的。 （不过，如果您认为自己有勇气尝试，请务必这样做。）

因此，让我将范围缩小到这个我认为可行的更简单的问题：

给定一个 python 堆栈框架，例如inspect.currentframe()，找到计算堆栈的开头。在该结构的 C 版本中，这是f_valuestack。然后我们需要一种 Python 方法来从那里读取 Python 值/对象。

update 2好吧，赏金的时间段已经结束，没有人（包括我自己的总结答案）提供具体的代码。我觉得这是一个好的开始，我现在比以前更了解情况了。在强制性的“描述为什么你认为应该有赏金”中，我列出了所提供的选择之一“以引起更多对这个问题的关注”，并且在这个程度上，对前世的化身有不到十几个观点这个问题，当我输入此内容时，它已被查看了不到 190 次。所以这是成功的。然而...

如果将来有人决定进一步开展这项工作，请联系我，我将设置另一笔赏金。

谢谢大家。

有时这是可能的，使用 ctypes 来直接访问 C 结构成员，但它很快就会变得混乱。

首先，无论是 C 端还是 Python 端，都没有可用的公共 API，所以这是不可能的。我们必须深入研究 C 实现的未记录的内部结构。我将重点关注 CPython 3.8 实现；其他版本中的细节应该相似，尽管可能有所不同。

PyFrameObject 结构有一个f_valuestack指向其计算堆栈底部的成员。它还有一个f_stacktop有时会指向其计算堆栈顶部的成员。在执行帧期间，Python 实际上使用stack_pointer局部变量在_PyEval_EvalFrameDefault:

stack_pointer = f->f_stacktop;
assert(stack_pointer != NULL);
f->f_stacktop = NULL;       /* remains NULL unless yield suspends frame */

有两种情况f_stacktop已恢复。一种是如果框架由一个yield (or yield from，或通过相同机制挂起协程的多个构造中的任何一个）。另一个是在调用跟踪函数之前'line' or 'opcode' 跟踪事件. f_stacktop当帧取消挂起或跟踪函数完成后再次清除。

这意味着如果

• 您正在查看悬挂的生成器或协程框架，或者
• 您当前正在使用跟踪函数'line' or 'opcode'帧的事件

然后您可以访问f_valuestack and f_stacktop带有 ctypes 的指针，用于查找帧计算堆栈的下限和上限并访问PyObject *存储在该范围内的指针。您甚至可以在没有 ctypes 的情况下获得堆栈内容的超集gc.get_referents(frame_object)，尽管这将包含不在框架堆栈上的其他引用。

调试器使用跟踪函数，因此在大多数情况下，这可以让您在调试时获得顶部堆栈帧的堆栈条目值。它不会为您提供调用堆栈上任何其他堆栈帧的值堆栈条目，并且在跟踪调用时也不会为您提供值堆栈条目。'exception'事件或任何其他跟踪事件。

When f_stacktop为 NULL，确定帧的堆栈内容几乎是不可能的。您仍然可以看到堆栈从哪里开始f_valuestack，但你看不到它的终点。栈顶存储在C级stack_pointer局部变量确实很难访问。

• 这是框架的代码对象的co_stacksize，它给出了堆栈大小的上限，但它没有给出实际的堆栈大小。
• 您无法通过检查堆栈本身来判断堆栈在哪里结束，因为 Python 在弹出条目时不会清空堆栈上的指针。
• gc.get_referents不返回值堆栈条目f_stacktop一片空白。在这种情况下它也不知道如何安全地检索堆栈条目（并且它不需要，因为如果f_stacktop为空并且堆栈条目存在，则保证帧可达）。
• 您也许可以检查框架的f_lasti确定它所在的最后一个字节码指令并尝试找出该指令将离开堆栈的位置，但这需要对 Python 字节码和字节码评估循环有大量深入的了解，并且有时仍然不明确（因为框架可能指令进行到一半）。不过，这至少会给您当前堆栈大小的下限，让您安全地检查至少其中的一部分。
• 框架对象具有彼此不连续的独立值堆栈，因此您无法查看一个框架堆栈的底部来查找另一个框架堆栈的顶部。 （值堆栈实际上是在帧对象本身内分配的。）
• 你也许能够找到stack_pointer局部变量与一些 GDB 魔法或其他东西，但它会是一团糟。