为什么 Python exec 中的模块级变量无法访问？

Question

我正在尝试在 project 中使用 Python 的 exec 来执行嵌入的 Python 代码。

我遇到的问题是，在exec 语句中的模块级别 创建的变量无法从同一模块中定义的函数中访问。 p>

假设您有以下 Python 程序：

x = 5
def foo():
    print x
foo()

如果你把上面四行放在一个文件里运行，就没有问题了。

但是，如果您尝试在 exec 语句中运行同一段代码，它将不起作用。

这是我们之前的程序，在 exec 语句中：

import __builtin__

global_env = {'__builtins__': __builtin__}
local_env = dict()

exec """
x = 5
def foo():
    print x
foo()
""" in global_env, local_env

在执行时，它会产生以下错误，而不是正常工作：

Traceback (most recent call last):
  File "lab.py", line 94, in <module>
    """ in global_env, local_env
  File "<string>", line 5, in <module>
  File "<string>", line 4, in foo
NameError: global name 'x' is not defined

我认为模块级变量是全局存储的，但似乎至少在exec 中，它们不是。

例如，在前面的示例中，如果您将对 foo() 的调用替换为：

print global_env
print local_env

你得到：

{'__builtins__': <module '__builtin__' (built-in)>}
{'x': 5, 'foo': <function foo at 0x102c12938>}

因此，在模块级别定义的任何内容（包括x）都存储在locals() 中。

但是除了模块级别（exec 语句的）之外，不可能从任何地方访问x。特别是，正如我们在上面看到的，x 的本地范围对于在同一 exec 语句中定义的函数是不可见的。

解决方法

我找到了两种解决此问题的方法，并让 x 再次可访问。

第一个是在函数中使用global关键字：

exec """
x = 5
def foo():
    global x
    print x
foo()
""" in global_env, local_env

第二个是在exec 中为globals() 和locals() 使用相同的字典：

exec """
x = 5
def foo():
    print x
foo()
""" in global_env

但是，这些只是未解决原始问题的半修复/解决方法。

所以我的问题是：为什么 exec 中的模块级变量存储在本地，为什么除了模块级之外的任何地方都无法访问？

一些密切相关的 StackOverflow 帖子：

• globals and locals in python exec()
• Cannot change global variables in a function through an exec() statement?

Answer 1

要了解发生了什么，您需要仔细阅读the docs。关键部分说：

如果将两个单独的对象作为全局对象和局部对象给出，则代码将像嵌入到类定义中一样被执行。

这意味着局部赋值会进入局部命名空间（相当于类级别的变量），但如果函数（即方法）尝试引用局部（类）变量，则它们不会成为闭包。

将您的代码与：

class Test(object):
    x = 1
    def foo():
        print x
    foo()

出于同样的原因，您会收到同样的错误。 foo 不是闭包，因此它尝试在全局命名空间中引用 x（不成功）。

Answer 2

你看到的行为是well documented:

在所有情况下，如果省略可选部分，则执行代码 在当前范围内。如果只有 in 之后的第一个表达式是 指定，它应该是一个字典，将用于 全局变量和局部变量。如果给出两个表达式，它们是 分别用于全局变量和局部变量。如果提供， locals 可以是任何映射对象。请记住 在模块级别， globals 和 locals 是同一个字典。 如果两个单独的对象 以全局变量和局部变量的形式给出，代码将像执行 嵌入在类定义中。

事实上：

In [1]: class Test:
   ...:     x = 5
   ...:     def foo():
   ...:         print(x)
   ...:     foo()
   ...:     
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-1-f20229bce3a1> in <module>()
----> 1 class Test:
      2     x = 5
      3     def foo():
      4         print(x)
      5     foo()

<ipython-input-1-f20229bce3a1> in Test()
      3     def foo():
      4         print(x)
----> 5     foo()
      6 

<ipython-input-1-f20229bce3a1> in foo()
      2     x = 5
      3     def foo():
----> 4         print(x)
      5     foo()
      6 

NameError: name 'x' is not defined

您看到的行为是预期的。如果您想像在模块级别一样执行代码，您必须对全局变量和局部变量使用相同的对象，因此您的解决方法就是您应该做的。

Answer 3

您的问题包含x 是模块级变量的假设，但实际上它不是。

在模块级别 globals() 和 locals() 是相同的（这可能是特定于 CPython），而在函数范围内它们是不同的：

def foo():
    print globals() is locals()

print globals() is locals()
foo()

您指定范围的exec 语句不会在模块级别执行代码，它会在您告诉它执行的范围内执行它。因此，您的最后一个代码 sn-p 不是半修复或解决方法，它准确地解决了问题。

当它出现在模块级别时，以下内容也适用。它与您的任何代码都有不同的含义，因为它分配给模块中的 x 和 foo，因此它确实使 x 成为模块级变量：

exec '''
x = 5
def foo():
    print x
foo()
'''

最后一个代码出现在函数中时不起作用的原因，以及为什么你的第一次尝试不起作用，这就是 Blckknght 的回答所说的。 exec 具有单独的作用域执行“就像在类定义中一样”，而不是“好像在模块中”或“好像在函数中”。这意味着您在其中定义的任何函数都不会访问它们周围的命名空间。它们访问自己的本地命名空间和 exec 语句的全局命名空间，这两者都不是定义 x 的位置。

Answer 4

Python 的这个特性有一个有趣的结果。如果您在exec 语句中的模块级别 导入模块，则也无法从同一模块中定义的函数访问它。换句话说，由于答案中解释的相同原因，问题中的这个稍作修改的示例将不起作用：

exec """
import x
def foo():
    print x
foo()
""" in global_env, local_env

问题中提供的两种解决方法都可以用来解决这个问题