Python 内部 - 对象如何知道全局变量？

Question

我最近发现了一些有趣的行为，这让我想知道对象如何知道存在哪些全局变量。例如，假设我有一个文件“test.py”：

globalVar = 1
toDelete = 2

class Test(object):
    classVar = 3

    def runTest1(self):
        print globalVar
        print toDelete
        print missingVar

    def runTest2(self):
        print self.classVar
        print toCreate
        print missingVar

然后在交互式外壳中我这样做：

>>> import test
>>> tester = test.Test()
>>> tester.runTest1()
1
2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 10, in runTest1
    print missingVar
NameError: global name 'missingVar' is not defined
>>> tester.runTest2()
3
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 14, in runTest2
    print toCreate
NameError: global name 'toCreate' is not defined

没什么好奇怪的。然后我把“test.py”的前几行改成这样：

globalVar = 4 
toCreate = 5

class Test(object):
    classVar = 6

现在回到交互式外壳：

>>> reload(test) # test = reload(test) gives the same result 
<module 'test' from 'test.py'>
>>> tester.runTest1()
4
2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 10, in runTest1
    print missingVar
NameError: global name 'missingVar' is not defined
>>> tester.runTest2()
3
5
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 15, in runTest2
    print missingVar
NameError: global name 'missingVar' is not defined
>>> dir(test)
['Test', '__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'globalVar', 'toCreate', 'toDelete']

所以tester 现在知道toCreate，它是在tester 本身创建之后出现的。它仍然知道toDelete，因为重新加载模块显然不会影响已删除的全局变量。这是一个转折点：

>>> import sys
>>> import importlib
>>> del(sys.modules['test']) # remove cached version
>>> test = importlib.import_module('test') # same result if I don't have 'test = '
>>> tester.runTest1()
None
None
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 10, in runTest1
    print missingVar
NameError: global name 'missingVar' is not defined
>>> tester.runTest2()
3
None
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "test.py", line 15, in runTest2
    print missingVar
NameError: global name 'missingVar' is not defined
>>> dir(test)
['Test', '__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'globalVar', 'toCreate']

从sys.modules 中删除模块，然后重新导入模块会导致所有全局变量变为None。

另外有趣的是，如果我删除test 和sys.modules['test']，它仍然知道一段时间内的变量值。过了一会儿（我假设模块被垃圾收集需要多长时间），值变为None。重新导入模块会导致垃圾收集（或正在发生的任何事情）立即发生。

那么tester 是如何发现一个新的全局变量正在创建的，然后一旦模块消失了，为什么它仍然知道哪些变量存在，即使它不再知道它们持有什么值？

Answer 1

任何非本地名称（在当前范围内尚未分配）都被假定为全局名称。每次代码运行时都会查找名称。

所以在 runtime 中会在全局命名空间中查找名称，这只是一个字典。如果该名称当时不存在，则会引发 NameError 异常。

反汇编函数时可以看到；使用dis module时显示字节码：

>>> import dis
>>> def foo():
...     bar = 'baz'  # local
...     bar  # reference the local
...     baz  # reference something else; e.g. a global
... 
>>> dis.dis(foo)
  2           0 LOAD_CONST               1 ('baz')
              3 STORE_FAST               0 (bar)

  3           6 LOAD_FAST                0 (bar)
              9 POP_TOP             

  4          10 LOAD_GLOBAL              0 (baz)
             13 POP_TOP             
             14 LOAD_CONST               0 (None)
             17 RETURN_VALUE        

bar 是一个本地的（它被分配到块中），而baz 是一个全局的。本地由LOAD_FAST 引用，而全局由LOAD_GLOBAL 引用。

为此，函数对象有一个function.__globals__ 引用将其链接到模块全局映射；请参阅datamodel documentation 中的用户定义函数部分：

>>> foo.__globals__ is globals()
True

Python 在删除模块时也清理全局变量；为防止循环引用阻碍最终确定，当时全局变量被反弹到None（尽管这种行为changed in Python 3.4）。但是，如果您保留对 tester 的引用，您的代码将找到那些 None 值。

您的 tester 实例仍然引用原始类及其方法，仍然通过 function.__globals__ 引用引用它们的模块。因此，尽管您删除了对模块的 sys.modules 引用，触发了模块清理，但类方法仍然引用了 globals 字典。这个全局字典现在保存每个全局的 None 值。