Python 是一门强大的动态语言,那动态体现在哪里,强大又体现在哪里呢?
除了好的方面,Python 的动态性是否还藏着一些使用陷阱呢,有没有办法识别与避免呢?
沿着它的动态特性话题,笔者有几篇文章依次探及了:动态修改变量、动态定义函数、动态执行代码等内容,然而,当混合了变量赋值、动态赋值、命名空间、作用域、函数的编译原理等等内容时,问题就可能会变得非常棘手。
因此,这篇文章将前面一些内容融汇起来,再做一次延展的讨论,希望能够理清一些使用的细节,更深入地探索 Python 语言的奥秘。
薛定谔的猫
友情提示,如你有理解模糊之处,请先阅读对应的文章。接下来则是基于这些内容而作的分析。
我不敢保证每个细节都准确无误,但这个分析力求达到深入浅出、面面俱到、逻辑自恰,而且顺便幽默有趣……
例 0 中,局部作用域内虽然没有 ‘y’,但 exec() 函数动态创建了它,因此动态地写入了 locals() 字典中,所以能查找到而不报错。
例 1 中,exec() 不影响局部作用域,即此时 y 未在局部作用域内做过声明与赋值,接下来的一句才是第一次在局部作用域中对 y 作声明与赋值 !
y = locals()['y'] ,等号左侧在做声明,只要等号右侧的结果成立,整个声明与赋值的过程就成立。右侧需在 locals() 字典中查找 y 对应的值。
在创建 locals() 字典时,由于局部作用域内有变量 y 的声明,因此我们首先在其中采集到了 y,而不必在 exec() 函数的动态结果中查找。这就有了字典的一个 key,接着要匹配这个 key 对应的值,也即 y 所绑定的值。
但是,刚才说了这是 y 的第一次赋值,并未完成呢,因此 y 并无有效的绑定值。
矛盾出现了,这里有点绕,我们理一下:左侧的 y 等着完成赋值,因此需要右侧的执行结果;而右侧的字典需要使用到 y 的值,因此就依赖着左侧的 y 完成赋值。两边的操作都未完成,但双方都需要依赖对方先完成,这是个无法破解的死局。
可以说,y 的值是一团混沌,它必然等于 “locals()['y']” ,然而只有解开这团代码才能确切得到结果——只有打开笼子才知道结果,你是否想到了薛定谔的那只猫呢?
locals() 字典虽然拿到了 y 的名,却拿不到它的实,空欢喜一场,所以报 KeyError。
例 3 同理,未完成赋值就使用,所以报错。
例 2 中,y 在二次赋值的过程时,局部命名空间中已经存在着有效的 y 等于 2,因此 locals() 查找到它而用于赋值,所以不报错。
至于例 4,它跟例 3 只差了一个执行顺序,为什么不会报错呢?还有更奇怪的,在例 4 上再加一个打印(例5),理应不会影响结果,可事实却是又报错了,为什么?
例 4 中,boc = locals() 这句同样存在循环引用的问题,因此执行后的字典中没有 y,接着 exec() 这句动态地修改了 locals(),执行后 boc 的结果是 {'y' : 2},因此再下一句的 boc['y'] 能查找到结果,而不报错。
例 4 与例 3 的 ”y = boc['y']“ ,虽然都是第一次在局部作用域中声明与赋值 y,但例 4 的 boc 已被 exec() 修改过,因此它能取到实实在在的值,就不再有循环引用的问题了。
接着看例 5,第一个 locals() 还是存在循环引用现象,接着 exec() 往字典中写入变量 y,但是,第二个 locals() 又触发了新的创建字典过程,会把 exec() 的执行结果覆盖,因此进入第二轮循环引用,导致报错。
例 5 与例 4 的不同在于,它是根据局部作用域重新生成的字典,其效果等同于例 3。
这个例子告诉大家:薛定谔的猫混入了 Python 的字典中,而且答案是,打开笼子,这只猫就会死亡。
字典的循环引用现象在几个例子中扮演了极其重要的角色,但是往往被人忽视。之所以难以被人觉察,原因还是前面划重点的内容:当看到 a = 1 时,你无法确定 a 是初次声明的,还是已被声明过的。
本文中的 KeyError 实际上就是“local variable 'y' referenced before assignment”,y 已 defined 而未 assigned,导致 reference 时报错。
已赋值还是未赋值,这是个问题。也是一只猫。
最后,尽管这只猫在暗中捣了大乱,我们还是要感谢它:感谢它串联了其它知识被我们“一锅端”,感谢它为这篇抽象烧脑的文章挠出了几分活泼生动的趣味……
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