Python执行模型

综述

Code Blocks

代码块：作为一个单元执行的一段python文本，代码块构成python 程序

• 模块、函数体、类定义
• 交互式输入的每条命令
• 作为标准输入、命令行参数发送给解释器的脚本文件
• 脚本命令
• 传递给eval()、exec()的字符串参数

• 代码块在执行帧中执行，执行帧包含某些用于调试的管理信息 并决定代码块执行完成后操作

Naming、Binding

Binding of Names

• 名称：用于指代对象，通过名称绑定操作引入

• 名称绑定方法

  • 传递参数
  • import语句
    • from ... import *会绑定被导入模块中定义的所有 公有名称（仅在模块层级上被使用）
  • 类、函数定义
  • 以标识符为目标的赋值

  • for循环开头、with和except子句的as之后

  • del语句的目标也被视为绑定，虽然实际语义为解除名称 绑定

• 变量类型

  • 局部变量：绑定在代码块中的名称，且未声明为nonlocal 、或global
  • 全局变量：绑定在模块层级的名称
    • 模块代码块中变量既为全局变量、也是局部变量
  • 自由变量：在代码块中使用但未在其中定义的变量

• 自由变量不同于闭包变量，函数闭包变量__closure__要求 自由变量来自于父函数作用域

Scope

作用域：定义了代码块中名称的可见性

• 名称的作用域包含

  • 定义该变量代码块
  • 定义变量代码块所包含的代码块 （除非被包含代码块中引入对该名称不同绑定）

• 名称作用域虽然包括定义变量代码块所包含的代码块

  • 可以直接访问变量
  • 但修改变量必须使用global、local等声明

• 在代码块内任何位置进行名称绑定，则代码块内所有对该名称 的使用被认为是对代码块的引用

  • python没有声明语法，则代码块中局部变量可通过，在整个 代码块文本中扫描名称绑定来确定

• 模块作用域在模块第一次被导入时创建

Resolution of Names

• 若名称在代码块中被使用，会由包含它的最近作用域来解析

• 若名称完全无法找到将raise NameError

• 若当前作用域为函数作用域，且名称指向局部变量，若名称被 绑定值前被被使用将raise UnboundLocalError （UnboundLocalError是NameError子类）

• （代码块）环境：对代码块可见的所作用域集合

global

• 对global指定名称的使用是对最高层级命名空间中该名称 绑定的引用

  • 全局命名空间：包含代码块的模块命名空间
  • 内置命名空间：builtins模块的命名空间

• global语句与同一代码块中名称绑定具有相同作用域

  • 若自由变量最近包含作用域中有global语句，其也会被 当作全局变量

• global语句须在名称使用之前声明

nonlocal

• nonlocal使得相应名称指向最近包含函数作用域的中绑定的 变量

• 指定名称不存在于任何包含函数作用域则raise SyntaxError

内置命名空间

• 与代码块执行相关联的内置命名空间实际上是通过其在全局命名 空间中搜索名称__builtins__找到，一般是字典、模块 （此时使用模块的命名空间字典）

• 默认情况下

  • __main__模块中：__builtins__为内置模块builtins
  • 非__main__模块中：__buitlins__是builtins模块 自身的字典别名

动态特性

• 自由变量的名称解析

  i = 0
  def f():
  	print(i)
  i = 42
  f()
  	# 打印`42`

  • 发生在运行时，而不是编译时
  • 在全局命名空间中，而不是最近包含命名空间中

eval()、exec()

• eval()、exec()没有对完整环境的访问权限来解析名称

  • 有可选参数用于重载全局、局部命名空间
  • 若只指定一个命名空间，则会同时作用于两者

类

• 类中名称解析遵守大部分情况下同普通规则，但 未绑定局部变将在全局命名空间中搜索

• 类定义的命名空间__dict__会成为类的属性字典

• 类代码块中定义的名称的作用域会被限制在类代码块中，不会 扩展到方法代码块中，包括推导式、生成器表达式

  class A:
  	a = 42
  	b = list(a + i for i in range(10))

Exception

异常：中断代码块的正常控制流程以便处理错误、其他异常条件的 方式

• 在错误被检测到的位置引发

  • 解释器检测到运行时错误时错误
  • raise语句显式引发

• 可被当前包围代码块、任何直接或间接主调代码块捕获、处理

  • try...except指定错误处理，finally子句清理代码
  • 异常通过实例标识、根据器类型选择执行except子句

• 错误处理采用“终止”模型

  • 异常处理器可以找出发生的问题，在外层继续执行
  • 但不能修复错误的根源，并重试失败操作
  • 异常完全未被处理时，解释器会终止程序执行、或返回交互 模式循环，并打印栈回溯信息，除非为SystemExit异常

• 异常实例可以携带关于异常状态的额外信息

  • 异常信息不是python API一部分，内容可能在不同python 版本间不经警告的改变