Python 在局部变量域中执行代码

问题

你想在使用范围内执行某个代码片段，并且希望在执行后所有的结果都不可见。

解决方案

为了理解这个问题，先试试一个简单场景。首先，在全局命名空间内执行一个代码片段：

>>> a = 13
>>> exec('b = a + 1')
>>> print(b)
14
>>>

然后，再在一个函数中执行同样的代码：

>>> def test():
...   a = 13
...   exec('b = a + 1')
...   print(b)
...
>>> test()
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
 File "<stdin>", line 4, in test
NameError: global name 'b' is not defined
>>>

可以看出，最后抛出了一个NameError异常，就跟在 exec() 语句从没执行过一样。 要是你想在后面的计算中使用到 exec() 执行结果的话就会有问题了。

为了修正这样的错误，你需要在调用 exec() 之前使用 locals() 函数来得到一个局部变量字典。 之后你就能从局部字典中获取修改过后的变量值了。例如：

>>> def test():
...   a = 13
...   loc = locals()
...   exec('b = a + 1')
...   b = loc['b']
...   print(b)
...
>>> test()
14
>>>

讨论

实际上对于 exec() 的正确使用是比较难的。大多数情况下当你要考虑使用 exec() 的时候， 还有另外更好的解决方案（比如装饰器、闭包、元类等等）。

然而，如果你仍然要使用 exec() ，本节列出了一些如何正确使用它的方法。 默认情况下，exec() 会在调用者局部和全局范围内执行代码。然而，在函数里面， 传递给 exec() 的局部范围是拷贝实际局部变量组成的一个字典。 因此，如果 exec() 如果执行了修改操作，这种修改后的结果对实际局部变量值是没有影响的。 下面是另外一个演示它的例子：

>>> def test1():
...   x = 0
...   exec('x += 1')
...   print(x)
...
>>> test1()
0
>>>

上面代码里，当你调用 locals() 获取局部变量时，你获得的是传递给 exec() 的局部变量的一个拷贝。 通过在代码执行后审查这个字典的值，那就能获取修改后的值了。下面是一个演示例子：

>>> def test2():
...   x = 0
...   loc = locals()
...   print('before:', loc)
...   exec('x += 1')
...   print('after:', loc)
...   print('x =', x)
...
>>> test2()
before: {'x': 0}
after: {'loc': {...}, 'x': 1}
x = 0
>>>

仔细观察最后一步的输出，除非你将 loc 中被修改后的值手动赋值给x，否则x变量值是不会变的。

在使用 locals() 的时候，你需要注意操作顺序。每次它被调用的时候， locals() 会获取局部变量值中的值并覆盖字典中相应的变量。 请注意观察下下面这个试验的输出结果：

>>> def test3():
...   x = 0
...   loc = locals()
...   print(loc)
...   exec('x += 1')
...   print(loc)
...   locals()
...   print(loc)
...
>>> test3()
{'x': 0}
{'loc': {...}, 'x': 1}
{'loc': {...}, 'x': 0}
>>>

>>> def test3():
...   x = 0
...   loc = locals()
...   print(loc)
...   exec('x += 1')
...   print(loc)
...   locals()
...   print(loc)
...
>>> test3()
{'x': 0}
{'loc': {...}, 'x': 1}
{'loc': {...}, 'x': 0}
>>>

注意最后一次调用 locals() 的时候x的值是如何被覆盖掉的。

作为 locals() 的一个替代方案，你可以使用你自己的字典，并将它传递给 exec() 。例如：

>>> def test4():
...   a = 13
...   loc = { 'a' : a }
...   glb = { }
...   exec('b = a + 1', glb, loc)
...   b = loc['b']
...   print(b)
...
>>> test4()
14
>>>

大部分情况下，这种方式是使用 exec() 的最佳实践。 你只需要保证全局和局部字典在后面代码访问时已经被初始化。

还有一点，在使用 exec() 之前，你可能需要问下自己是否有其他更好的替代方案。 大多数情况下当你要考虑使用 exec() 的时候， 还有另外更好的解决方案，比如装饰器、闭包、元类，或其他一些元编程特性。

来源：https://python3-cookbook.readthedocs.io/zh_CN/latest/c09/p23_executing_code_with_local_side_effects.html