詳解Python locals()的陷阱
在工作中, 有時(shí)候會(huì)遇到一種情況: 動(dòng)態(tài)地進(jìn)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(shí)候, Python已經(jīng)為我們解決了這個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)我們"動(dòng)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(shí)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(yùn)行報(bào)錯(cuò)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(bào)出NameError異常?
再看一個(gè)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(gè)問題, 只能去看程序運(yùn)行的真相了, 又得上大殺器dis~
根源探討
直接對(duì)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(duì)應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_GLOBAL
- s='test' 對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_CONST 和 STORE_FAST
- print s 對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_FAST
- print a 對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼是: LOAD_GLOBAL
從上面羅列出來的幾個(gè)關(guān)鍵語(yǔ)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(chǔ)的值, 和真正的局部命名空間 是不同的兩個(gè)位置?
想要回答這個(gè)問題, 我們得先確定一個(gè)東西, 就是真正的局部命名空間如何獲取? 其實(shí)這個(gè)問題, 在上面的字節(jié)碼上, 已經(jīng)給出了標(biāo)準(zhǔn)答案了!
真正的局部命名空間, 其實(shí)是存在 STORE_FAST 這個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面. 這個(gè)是什么鬼, 這個(gè)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(shí)際是就是幀對(duì)象的f的成員f_localsplus, 這是一個(gè)數(shù)組, 了解函數(shù)創(chuàng)建的童鞋可能會(huì)比較清楚, 在CALL_FUNCTION時(shí), 會(huì)對(duì)這個(gè)數(shù)組進(jìn)行初始化, 將形參賦值什么都會(huì)按序塞進(jìn)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(gè)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(gè)就需要分析locals, 對(duì)于這個(gè), 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(duì)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(duì)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(shí)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(gè)字典對(duì)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(shí)際上做了下面幾件事:
- 判斷幀對(duì)象 的 f_f->f_locals 是否為空, 若是, 則新建一個(gè)字典對(duì)象.
- 分別將 localsplus, co_cellvars 和 co_freevars 寫入 f_f->f_locals.
在這簡(jiǎn)單介紹下上面幾個(gè)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(huì)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(gè)代理, 它收集了A, B, C的東西, 展示給我看, 但是我卻不能簡(jiǎn)單的通過改變這個(gè)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(dòng)態(tài)賦值時(shí), print a卻觸發(fā)了NameError異常, 而相反的, globals()確實(shí)真正的全局命名空間, 所以一般會(huì)說
locals() 只讀, globals() 可讀可寫
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