Python中的eval()、exec()及其相關函數

剛好前些天有人提到eval()與exec()這兩個函數，所以就翻了下Python的文檔。這裡就來簡單說一下這兩個函數以及與它們相關的幾個函數，如globals()、locals()和compile()：

1. eval函數

函數的作用：

計算指定表達式的值。也就是說它要執行的Python代碼只能是單個運算表達式（注意eval不支持任意形式的賦值操作），而不能是復雜的代碼邏輯，這一點和lambda表達式比較相似。

函數定義：

eval(expression, globals=None, locals=None)

參數說明：

• expression：必選參數，可以是字符串，也可以是一個任意的code對象實例（可以通過compile函數創建）。如果它是一個字符串，它會被當作一個（使用globals和locals參數作為全局和本地命名空間的）Python表達式進行分析和解釋。
• globals：可選參數，表示全局命名空間（存放全局變量），如果被提供，則必須是一個字典對象。
• locals：可選參數，表示當前局部命名空間（存放局部變量），如果被提供，可以是任何映射對象。如果該參數被忽略，那麼它將會取與globals相同的值。
• 如果globals與locals都被忽略，那麼它們將取eval()函數被調用環境下的全局命名空間和局部命名空間。

返回值：

• 如果expression是一個code對象，且創建該code對象時，compile函數的mode參數是'exec'，那麼eval()函數的返回值是None；
• 否則，如果expression是一個輸出語句，如print()，則eval()返回結果為None；
• 否則，expression表達式的結果就是eval()函數的返回值；

實例：

x = 10

def func():
    y = 20
    a = eval('x + y')
    print('a: ', a)
    b = eval('x + y', {'x': 1, 'y': 2})
    print('b: ', b)
    c = eval('x + y', {'x': 1, 'y': 2}, {'y': 3, 'z': 4})
    print('c: ', c)
    d = eval('print(x, y)')
    print('d: ', d)

func()

輸出結果：

a:  30
b:  3
c:  4
10 20
d:  None

對輸出結果的解釋：

• 對於變量a，eval函數的globals和locals參數都被忽略了，因此變量x和變量y都取得的是eval函數被調用環境下的作用域中的變量值，即：x = 10, y = 20，a = x + y = 30
• 對於變量b，eval函數只提供了globals參數而忽略了locals參數，因此locals會取globals參數的值，即：x = 1, y = 2，b = x + y = 3
• 對於變量c，eval函數的globals參數和locals都被提供了，那麼eval函數會先從全部作用域globals中找到變量x, 從局部作用域locals中找到變量y，即：x = 1, y = 3, c = x + y = 4
• 對於變量d，因為print()函數不是一個計算表達式，沒有計算結果，因此返回值為None

2. exec函數

函數的作用：

動態執行Python代碼。也就是說exec可以執行復雜的Python代碼，而不像eval函數那麼樣只能計算一個表達式的值。

函數定義：

exec(object[, globals[, locals]])

參數說明：

• object：必選參數，表示需要被指定的Python代碼。它必須是字符串或code對象。如果object是一個字符串，該字符串會先被解析為一組Python語句，然後在執行（除非發生語法錯誤）。如果object是一個code對象，那麼它只是被簡單的執行。
• globals：可選參數，同eval函數
• locals：可選參數，同eval函數

返回值：

exec函數的返回值永遠為None.

需要說明的是在Python 2中exec不是函數，而是一個內置語句(statement)，但是Python 2中有一個execfile()函數。可以理解為Python 3把exec這個statement和execfile()函數的功能夠整合到一個新的exec()函數中去了：

eval()函數與exec()函數的區別：

• eval()函數只能計算單個表達式的值，而exec()函數可以動態運行代碼段。
• eval()函數可以有返回值，而exec()函數返回值永遠為None。

實例1：

我們把實例1中的eval函數換成exec函數試試：

x = 10

def func():
    y = 20
    a = exec('x + y')
    print('a: ', a)
    b = exec('x + y', {'x': 1, 'y': 2})
    print('b: ', b)
    c = exec('x + y', {'x': 1, 'y': 2}, {'y': 3, 'z': 4})
    print('c: ', c)
    d = exec('print(x, y)')
    print('d: ', d)

func()

輸出結果：

a:  None
b:  None
c:  None
10 20
d:  None

因為我們說過了，exec函數的返回值永遠為None。

實例2：

x = 10
expr = """
z = 30
sum = x + y + z
print(sum)
"""
def func():
    y = 20
    exec(expr)
    exec(expr, {'x': 1, 'y': 2})
    exec(expr, {'x': 1, 'y': 2}, {'y': 3, 'z': 4})
    
func()

輸出結果：

60
33
34

對輸出結果的解釋：

前兩個輸出跟上面解釋的eval函數執行過程一樣，不做過多解釋。關於最後一個數字34，我們可以看出是：x = 1, y = 3是沒有疑問的。關於z為什麼還是30而不是4，這其實也很簡單，我們只需要在理一下代碼執行過程就可以了，其執行過程相當於：

x = 1
y = 2

def func():
    y = 3
    z = 4
    
    z = 30
    sum = x + y + z
    print(sum)

func()

3. globals()與locals()函數

函數定義及功能說明：

先來看下這兩個函數的定義和文檔描述

globals() 

描述： Return a dictionary representing the current global symbol table. This is always the dictionary of the current module (inside a function or method, this is the module where it is defined, not the module from which it is called).

翻譯： 返回一個表示當前全局標識符表的字典。這永遠是當前模塊的字典（在一個函數或方法內部，這是指定義該函數或方法的模塊，而不是調用該函數或方法的模塊）

locals()

描述： Update and return a dictionary representing the current local symbol table. Free variables are returned by locals() when it is called in function blocks, but not in class blocks.

Note The contents of this dictionary should not be modified; changes may not affect the values of local and free variables used by the interpreter.

翻譯： 更新並返回一個表示當前局部標識符表的字典。自由變量在函數內部被調用時，會被locals()函數返回；自由變量在類累不被調用時，不會被locals()函數返回。

注意： locals()返回的字典的內容不應該被改變；如果一定要改變，不應該影響被解釋器使用的局部變量和自由變量。

總結：

• globals()函數以字典的形式返回的定義該函數的模塊內的全局作用域下的所有標識符（變量、常量等）
• locals()函數以字典的形式返回當前函數內的局域作用域下的所有標識符
• 如果直接在模塊中調用globals()和locals()函數，它們的返回值是相同的

實例1：

name = 'Tom'
age = 18

def func(x, y):
    sum = x + y
    _G = globals()
    _L = locals()
    print(id(_G), type(_G),  _G)
    print(id(_L), type(_L), _L)

func(10, 20)

輸出結果：

2131520814344 <class 'dict'> {'__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, 'func': <function func at 0x000001F048C5E048>, '__doc__': None, '__file__': 'C:/Users/wader/PycharmProjects/LearnPython/day04/func5.py', '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001F048BF4C50>, '__spec__': None, 'age': 18, '__name__': '__main__', 'name': 'Tom', '__package__': None, '__cached__': None}
2131524302408 <class 'dict'> {'y': 20, 'x': 10, '_G': {'__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, 'func': <function func at 0x000001F048C5E048>, '__doc__': None, '__file__': 'C:/Users/wader/PycharmProjects/LearnPython/day04/func5.py', '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001F048BF4C50>, '__spec__': None, 'age': 18, '__name__': '__main__', 'name': 'Tom', '__package__': None, '__cached__': None}, 'sum': 30}

實例2：

name = 'Tom'
age = 18

G = globals()
L = locals()
print(id(G), type(G), G)
print(id(L), type(L), L)

輸出結果：

2494347312392 <class 'dict'> {'__file__': 'C:/Users/wader/PycharmProjects/LearnPython/day04/func5.py', '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000244C2E44C50>, 'name': 'Tom', '__spec__': None, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__cached__': None, 'L': {...}, '__package__': None, '__name__': '__main__', 'G': {...}, '__doc__': None, 'age': 18}
2494347312392 <class 'dict'> {'__file__': 'C:/Users/wader/PycharmProjects/LearnPython/day04/func5.py', '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000244C2E44C50>, 'name': 'Tom', '__spec__': None, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__cached__': None, 'L': {...}, '__package__': None, '__name__': '__main__', 'G': {...}, '__doc__': None, 'age': 18}

上面打印出的G和L的內存地址是一樣的，說明在模塊級別locals()的返回值和globals()的返回值是相同的。

4. compile函數

函數的作用：

將source編譯為code對象或AST對象。code對象能夠通過exec()函數來執行或者通過eval()函數進行計算求值。

函數定義：

compile(source, filename, mode[, flags[, dont_inherit]])

參數說明：

• source：字符串或AST（Abstract Syntax Trees）對象，表示需要進行編譯的Python代碼
• filename：指定需要編譯的代碼文件名稱，如果不是從文件讀取代碼則傳遞一些可辨認的值（通常是用'
• mode：用於標識必須當做那類代碼來編譯；如果source是由一個代碼語句序列組成，則指定mode='exec'；如果source是由單個表達式組成，則指定mode='eval'；如果source是由一個單獨的交互式語句組成，則指定mode='single'。
• 另外兩個可選參數暫不做介紹

實例：

s = """
for x in range(10):
    print(x, end='')
print()
"""
code_exec = compile(s, '<string>', 'exec')
code_eval = compile('10 + 20', '<string>', 'eval')
code_single = compile('name = input("Input Your Name: ")', '<string>', 'single')

a = exec(code_exec)
b = eval(code_eval)

c = exec(code_single)
d = eval(code_single)

print('a: ', a)
print('b: ', b)
print('c: ', c)
print('name: ', name)
print('d: ', d)
print('name; ', name)

輸出結果：

0123456789
Input Your Name: Tom
Input Your Name: Jerry
a:  None
b:  30
c:  None
name:  Jerry
d:  None
name;  Jerry

5. 這幾個函數的關系

comiple()函數、globals()函數、locals()函數的返回結果可以當作eval()函數與exec()函數的參數使用。

另外，我們可以通過判斷globals()函數的返回值中是否包含某個key來判斷，某個全局變量是否已經存在（被定義）。