在工作中, 有時候會遇到一種情況: 動態(tài)地進行變量賦值, 不管是局部變量還是全局變量, 在我們絞盡腦汁的時候, Python已經(jīng)為我們解決了這個問題.
Python的命名空間通過一種字典的形式來體現(xiàn), 而具體到函數(shù)也就是locals() 和 globals(), 分別對應(yīng)著局部命名空間和全局命名空間. 于是, 我們也就能通過這些方法去實現(xiàn)我們"動態(tài)賦值"的需求.
例如:
def test():
globals()['a2'] = 4
test()
print a2
輸出 4
很自然, 既然 globals能改變?nèi)置臻g, 那理所當(dāng)然locals應(yīng)該也能修改局部命名空間.修改函數(shù)內(nèi)的局部變量.
但事實真是如此嗎? 不是!
def aaaa():
print locals()
for i in ['a', 'b', 'c']:
locals()[i] = 1
print locals()
print a
aaaa()
輸出:
{}
{'i': 'c', 'a': 1, 'c': 1, 'b': 1}
Traceback (most recent call last):
File "5.py", line 17, in <module>
aaaa()
File "5.py", line 16, in aaaa
print a
NameError: global name 'a' is not defined
程序運行報錯了!
但是在第二次print locals()很清楚能夠看到, 局部空間是已經(jīng)有那些變量了, 其中也有變量a并且值也為1, 但是為什么到了print a卻報出NameError異常?
再看一個例子:
def aaaa():
print locals()
s = 'test' # 加入顯示賦值 s
for i in ['a', 'b', 'c']:
locals()[i] = 1
print locals()
print s # 打印局部變量 s
print a
aaaa()
輸出:
{}
{'i': 'c', 'a': 1, 's': 'test', 'b': 1, 'c': 1}
test
Traceback (most recent call last):
File "5.py", line 19, in <module>
aaaa()
File "5.py", line 18, in aaaa
print a
NameError: global name 'a' is not defined
上下兩段代碼, 區(qū)別就是, 下面的有顯示賦值的代碼, 雖然也是同樣觸發(fā)了NameError異常, 但是局部變量s的值被打印了出來.
這就讓我們覺得很納悶, 難道通過locals()改變局部變量, 和直接賦值有不同? 想解決這個問題, 只能去看程序運行的真相了, 又得上大殺器dis~
根源探討
直接對第二段代碼解析:
13 0 LOAD_GLOBAL 0 (locals)
3 CALL_FUNCTION 0
6 PRINT_ITEM
7 PRINT_NEWLINE
14 8 LOAD_CONST 1 ('test')
11 STORE_FAST 0 (s)
15 14 SETUP_LOOP 36 (to 53)
17 LOAD_CONST 2 ('a')
20 LOAD_CONST 3 ('b')
23 LOAD_CONST 4 ('c')
26 BUILD_LIST 3
29 GET_ITER
>> 30 FOR_ITER 19 (to 52)
33 STORE_FAST 1 (i)
16 36 LOAD_CONST 5 (1)
39 LOAD_GLOBAL 0 (locals)
42 CALL_FUNCTION 0
45 LOAD_FAST 1 (i)
48 STORE_SUBSCR
49 JUMP_ABSOLUTE 30
>> 52 POP_BLOCK
17 >> 53 LOAD_GLOBAL 0 (locals)
56 CALL_FUNCTION 0
59 PRINT_ITEM
60 PRINT_NEWLINE
18 61 LOAD_FAST 0 (s)
64 PRINT_ITEM
65 PRINT_NEWLINE
19 66 LOAD_GLOBAL 1 (a)
69 PRINT_ITEM
70 PRINT_NEWLINE
71 LOAD_CONST 0 (None)
74 RETURN_VALUE
None
在上面的字節(jié)碼可以看到:
locals() 對應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_GLOBAL
s='test' 對應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_CONST 和 STORE_FAST
print s 對應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_FAST
print a 對應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_GLOBAL
從上面羅列出來的幾個關(guān)鍵語句的字節(jié)碼可以看出, 直接賦值/讀取 和 通過locals()賦值/讀取 本質(zhì)是很大不同的. 那么觸發(fā)NameError異常, 是否證明通過 locals()[i] = 1 存儲的值, 和真正的局部命名空間 是不同的兩個位置?
想要回答這個問題, 我們得先確定一個東西, 就是真正的局部命名空間如何獲取? 其實這個問題, 在上面的字節(jié)碼上, 已經(jīng)給出了標準答案了!
真正的局部命名空間, 其實是存在 STORE_FAST 這個對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面. 這個是什么鬼, 這個需要源碼來解答:
// ceval.c 從上往下, 依次是相應(yīng)函數(shù)或者變量的定義
// 指令源碼
TARGET(STORE_FAST)
{
v = POP();
SETLOCAL(oparg, v);
FAST_DISPATCH();
}
--------------------
// SETLOCAL 宏定義
#define SETLOCAL(i, value) do { PyObject *tmp = GETLOCAL(i); \
GETLOCAL(i) = value; \
Py_XDECREF(tmp); } while (0)
--------------------
// GETLOCAL 宏定義
#define GETLOCAL(i) (fastlocals[i])
--------------------
// fastlocals 真面目
PyObject * PyEval_EvalFrameEx(PyFrameObject *f, int throwflag){
// 省略其他無關(guān)代碼
fastlocals = f->f_localsplus;
....
}
看到這里, 應(yīng)該就能明確了, 函數(shù)內(nèi)部的局部命名空間, 實際是就是幀對象的f的成員f_localsplus, 這是一個數(shù)組, 了解函數(shù)創(chuàng)建的童鞋可能會比較清楚, 在CALL_FUNCTION時, 會對這個數(shù)組進行初始化, 將形參賦值什么都會按序塞進去, 在字節(jié)碼 18 61 LOAD_FAST 0 (s)中, 第四列的0, 就是將f_localsplus第 0 個成員取出來, 也就是值 "s".
所以STORE_FAST才是真正的將變量存入局部命名空間, 那locals()又是什么鬼? 為什么看起來就跟真的一樣?
這個就需要分析locals, 對于這個, 字節(jié)碼可能起不了作用, 直接去看內(nèi)置函數(shù)如何定義的吧:
// bltinmodule.c
static PyMethodDef builtin_methods[] = {
...
// 找到 locals 函數(shù)對應(yīng)的內(nèi)置函數(shù)是 builtin_locals
{"locals", (PyCFunction)builtin_locals, METH_NOARGS, locals_doc},
...
}
-----------------------------
// builtin_locals 的定義
static PyObject *
builtin_locals(PyObject *self)
{
PyObject *d;
d = PyEval_GetLocals();
Py_XINCREF(d);
return d;
}
-----------------------------
PyObject *
PyEval_GetLocals(void)
{
PyFrameObject *current_frame = PyEval_GetFrame(); // 獲取當(dāng)前堆棧對象
if (current_frame == NULL)
return NULL;
PyFrame_FastToLocals(current_frame); // 初始化和填充 f_locals
return current_frame->f_locals;
}
-----------------------------
// 初始化和填充 f_locals 的具體實現(xiàn)
void
PyFrame_FastToLocals(PyFrameObject *f)
{
/* Merge fast locals into f->f_locals */
PyObject *locals, *map;
PyObject **fast;
PyObject *error_type, *error_value, *error_traceback;
PyCodeObject *co;
Py_ssize_t j;
int ncells, nfreevars;
if (f == NULL)
return;
locals = f->f_locals;
// 如果locals為空, 就新建一個字典對象
if (locals == NULL) {
locals = f->f_locals = PyDict_New();
if (locals == NULL) {
PyErr_Clear(); /* Can't report it :-( */
return;
}
}
co = f->f_code;
map = co->co_varnames;
if (!PyTuple_Check(map))
return;
PyErr_Fetch(&error_type, &error_value, &error_traceback);
fast = f->f_localsplus;
j = PyTuple_GET_SIZE(map);
if (j > co->co_nlocals)
j = co->co_nlocals;
// 將 f_localsplus 寫入 locals
if (co->co_nlocals)
map_to_dict(map, j, locals, fast, 0);
ncells = PyTuple_GET_SIZE(co->co_cellvars);
nfreevars = PyTuple_GET_SIZE(co->co_freevars);
if (ncells || nfreevars) {
// 將 co_cellvars 寫入 locals
map_to_dict(co->co_cellvars, ncells,
locals, fast + co->co_nlocals, 1);
if (co->co_flags & CO_OPTIMIZED) {
// 將 co_freevars 寫入 locals
map_to_dict(co->co_freevars, nfreevars,
locals, fast + co->co_nlocals + ncells, 1);
}
}
PyErr_Restore(error_type, error_value, error_traceback);
}
從上面PyFrame_FastToLocals已經(jīng)看出來, locals() 實際上做了下面幾件事:
判斷幀對象 的 f_f->f_locals 是否為空, 若是, 則新建一個字典對象.
分別將 localsplus, co_cellvars 和 co_freevars 寫入 f_f->f_locals.
在這簡單介紹下上面幾個分別是什么鬼:
localsplus: 函數(shù)參數(shù)(位置參數(shù)+關(guān)鍵字參數(shù)), 顯示賦值的變量.
co_cellvars 和 co_freevars: 閉包函數(shù)會用到的局部變量.
結(jié)論
通過上面的源碼, 我們已經(jīng)很明確知道locals() 看到的, 的確是函數(shù)的局部命名空間的內(nèi)容, 但是它本身不能代表局部命名空間, 這就好像一個代理, 它收集了A, B, C的東西, 展示給我看, 但是我卻不能簡單的通過改變這個代理, 來改變A, B, C真正擁有的東西!
這也就是為什么, 當(dāng)我們通過locals()[i] = 1的方式去動態(tài)賦值時, print a卻觸發(fā)了NameError異常, 而相反的, globals()確實真正的全局命名空間, 所以一般會說:
