4. Μοντέλο εκτέλεσης

4.1. Δομή ενός προγράμματος

Ένα πρόγραμμα Python αποτελείται από μπλοκ κώδικα. Ένα μπλοκ είναι ένα κομμάτι κειμένου προγράμματος Python που εκτελείται ως μια μονάδα. Τα παρακάτω είναι μπλοκ: ένα module, το σώμα μιας συνάρτησης, ο ένας ορισμός κλάσης. Κάθε εντολή που πληκτρολογείται διαδραστικά αποτελεί μπλοκ. Ένα αρχείο δέσμης ενεργειών (ένα αρχείο που δίνεται ως τυπική είσοδος στο διερμηνέα ή καθορίζεται ως όρισμα γραμμής εντολών στον διερμηνέα) είναι ένα μπλοκ κώδικα. Μια script εντολή (μια εντολή που καθορίζεται στο διερμηνέα με την επιλογή -c) είναι ένα μπλοκ κώδικα. Μια ενότητα που εκτελείται ως ανωτέρου επιπέδου script (ως module __main__) από τη γραμμή εντολών χρησιμοποιώντας ένα όρισμα -m όρισμα είναι επίσης ένα μπλοκ κώδικα. Το όρισμα συμβολοσειράς που περνάει στις ενσωματωμένες συναρτήσεις eval() και exec() είναι ένα μπλοκ κώδικα.

Ένα μπλοκ κώδικα εκτελείται σε ένα πλαίσιο εκτέλεσης. Ένα πλαίσιο περιέχει ορισμένες πληροφορίες διαχείρισης (που χρησιμοποιούνται για αποσφαλμάτωση) και καθορίζει που και πως συνεχίζεται η εκτέλεση μετά την ολοκλήρωση της εκτέλεσης του μπλοκ κώδικα.

4.2. Ονομασία και σύνδεση

4.2.1. Σύνδεση ονομάτων

Names αναφέρονται σε αντικείμενα. Τα ονόματα εισάγονται μέσω λειτουργιών δέσμευσης ονομάτων.

The following constructs bind names: formal parameters to functions, import statements, class and function definitions (these bind the class or function name in the defining block), and targets that are identifiers if occurring in an assignment, for loop header, or after as in a with statement or except clause. The import statement of the form from ... import * binds all names defined in the imported module, except those beginning with an underscore. This form may only be used at the module level.

Ένας στόχος που εμφανίζεται σε μια δήλωση del θεωρείται επίσης δεσμευμένος για αυτό τον σκοπό (αν και η πραγματική σημασιολογία είναι να αποσυνδέσει το όνομα).

Κάθε δήλωση ανάθεσης ή εισαγωγής συμβαίνει μέσα σε ένα μπλοκ που ορίζεται από έναν ορισμό κλάσης ή συνάρτησης ή στο επίπεδο του module (το μπλοκ κώδικα ανώτατου επιπέδου).

Αν ένα όνομα δεσμεύεται σε ένα μπλοκ, είναι μια τοπική μεταβλητή αυτού του μπλοκ, εκτός αν δηλωθεί ως nonlocal ή global. Αν ένα όνομα δεσμεύεται στο επίπεδο του module, είναι μια καθολική μεταβλητή. (Οι μεταβλητές του μπλοκ του module είναι ταυτόχρονα τοπικές και καθολικές.) Αν μια μεταβλητή χρησιμοποιείται σε ένα μπλοκ κώδικα αλλά δεν ορίζεται εκεί, είναι μια free variable.

Κάθε εμφάνιση ενός ονόματος στο κείμενο του προγράμματος αναφέρεται στη binding αυτού του ονόματος που καθορίζεται από τους παρακάτω κανόνες επίλυσης ονομάτων.

4.2.2. Επίλυση ονομάτων

Ένα scope ορίζει την ορατότητα ενός ονόματος μέσα σε ένα μπλοκ. Αν μια τοπική μεταβλητή οριστεί σε ένα μπλοκ, το πεδίο της περιλαμβάνει το μπλοκ αυτό. Αν ο ορισμός συμβαίνει σε ένα μπλοκ συνάρτησης, το πεδίο επεκτείνεται σε οποιαδήποτε μπλοκ περιέχονται μέσα σε αυτό που την ορίζει, εκτός αν ένα περιεχόμενο μπλοκ εισάγει διαφορετική σύνδεση για το όνομα.

Όταν ένα όνομα χρησιμοποιείται σε ένα μπλοκ κώδικα, επιλύεται χρησιμοποιώντας το πλησιέστερο περιβάλλον πεδίο. Το σύνολο όλων των πεδίων που είναι ορατά σε ένα μπλοκ κώδικα ονομάζεται environment του μπλοκ.

Όταν ένα όνομα δεν βρίσκεται καθόλου, γίνεται raise μια εξαίρεση NameError. Αν το τρέχον πεδίο είναι πεδίο συνάρτησης και το όνομα αναφέρεται σε μια τοπική μεταβλητή που δεν έχει ακόμα δεσμευτεί σε κάποια τιμή στο σημείο που χρησιμοποιείται το όνομα, γίνεται raise μια εξαίρεση UnboundLocalError. Η UnboundLocalError είναι μια υποκλάση της NameError.

If a name binding operation occurs anywhere within a code block, all uses of the name within the block are treated as references to the current block. This can lead to errors when a name is used within a block before it is bound. This rule is subtle. Python lacks declarations and allows name binding operations to occur anywhere within a code block. The local variables of a code block can be determined by scanning the entire text of the block for name binding operations.

If the global statement occurs within a block, all uses of the names specified in the statement refer to the bindings of those names in the top-level namespace. Names are resolved in the top-level namespace by searching the global namespace, i.e. the namespace of the module containing the code block, and the builtins namespace, the namespace of the module builtins. The global namespace is searched first. If the names are not found there, the builtins namespace is searched. The global statement must precede all uses of the listed names.

Η δήλωση global έχει το ίδιο πεδίο με μια λειτουργία σύνδεσης ονόματος στο ίδιο μπλοκ. Αν το πλησιέστερο περιβάλλον πεδίου για μια ελεύθερη μεταβλητή περιέχει μια δήλωση global, η ελεύθερη μεταβλητή αντιμετωπίζεται ως καθολική.

The nonlocal statement causes corresponding names to refer to previously bound variables in the nearest enclosing function scope. SyntaxError is raised at compile time if the given name does not exist in any enclosing function scope.

Ο χώρος ονομάτων για ένα module δημιουργείται αυτόματα την πρώτη φορά που το module εισάγεται Το κύριο module για ένα script ονομάζεται πάντα __main__.

Class definition blocks and arguments to exec() and eval() are special in the context of name resolution. A class definition is an executable statement that may use and define names. These references follow the normal rules for name resolution with an exception that unbound local variables are looked up in the global namespace. The namespace of the class definition becomes the attribute dictionary of the class. The scope of names defined in a class block is limited to the class block; it does not extend to the code blocks of methods – this includes comprehensions and generator expressions since they are implemented using a function scope. This means that the following will fail:

class A:
    a = 42
    b = list(a + i for i in range(10))

4.2.3. Ενσωματωμένες συναρτήσεις και περιορισμένη εκτέλεση

CPython implementation detail: Οι χρήστες δεν θα πρέπει να τροποποιούν το __builtins__· είναι αυστηρά μια λεπτομέρεια υλοποίησης. Οι χρήστες που θέλουν να παρακάμψουν τιμές στον χώρο ονομάτων των ενσωματωμένων συναρτήσεων θα πρέπει να κάνουν import το module builtins και να τροποποιούν τα χαρακτηριστικά του κατάλληλα.

Ο χώρος ονομάτων των ενσωματωμένων συναρτήσεων που σχετίζεται με την εκτέλεση ενός μπλοκ κώδικα βρίσκεται στην πραγματικότητα μέσω αναζήτησης του ονόματος __builtins__ στον καθολικό του χώρο ονομάτων· αυτό θα πρέπει να είναι ένα λεξικό ή ένα module (στη δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται το λεξικό του module). Από προεπιλογή, όταν βρισκόμαστε στο module __main__, το __builtins__ είναι το ενσωματωμένο module builtins· όταν βρισκόμαστε σε οποιοδήποτε άλλο module, το __builtins__ είναι ένα ψευδώνυμο για το λεξικό του ίδιου του module builtins.

4.2.4. Αλληλεπίδραση με δυναμικές λειτουργίες

Η επίλυση ονομάτων των ελεύθερων μεταβλητών συμβαίνει κατά το χρόνο εκτέλεσης, όχι κατά το χρόνο μεταγλώττισης. Αυτό σημαίνει ότι ο παρακάτω κώδικας θα εκτυπώσει το 42:

i = 10
def f():
    print(i)
i = 42
f()

Οι συναρτήσεις eval() και exec() δεν έχουν πρόσβαση στο πλήρες περιβάλλον για την επίλυση ονομάτων. Τα ονόματα μπορεί να επιλύονται στους τοπικούς και καθολικούς χώρους ονομάτων του καλούντος. Οι ελεύθερες μεταβλητές δεν επιλύονται στο πλησιέστερο περιβάλλον πεδίου, αλλά στον καθολικό χώρο ονομάτων. 1 Οι συναρτήσεις exec() και eval() έχουν προαιρετικά ορίσματα για να παρακάμψουν τους καθολικούς και τοπικούς χώρους ονομάτων. Αν καθοριστεί μόνο ένας χώρος ονομάτων, χρησιμοποιείται και για τους δύο.

4.3. Εξαιρέσεις

Οι εξαιρέσεις είναι ένας τρόπος διακοπής της κανονικής ροής ελέγχου ενός μπλοκ κώδικα, προκειμένου να αντιμετωπιστούν σφάλματα ή άλλες εξαιρετικές συνθήκες. Μια εξαίρεση γίνεται raise στο σημείο όπου εντοπίζεται το σφάλμα· μπορεί να αντιμετωπιστεί από το περιβάλλον μπλοκ κώδικα ή από οποιοδήποτε μπλοκ κώδικα που άμεσα ή έμμεσα εκτέλεσε το μπλοκ κώδικα όπου συνέβη το σφάλμα.

Ο διερμηνέας της Python εγείρει μια εξαίρεση όταν εντοπίσει ένα σφάλμα κατά την εκτέλεση(όπως η διαίρεση με το μηδέν). Ένα πρόγραμμα Python μπορεί επίσης να εγείρει ρητά μια εξαίρεση με τη δήλωση raise. Οι διαχειριστές εξαιρέσεων καθορίζονται με τη δήλωση try … except. Η ρήτρα finally μιας τέτοιας δήλωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καθοριστεί κώδικας καθαρισμού, ο οποίος δεν διαχειρίζεται την εξαίρεση αλλά εκτελείται ανεξάρτητα από το αν προηγήθηκε εξαίρεση ή όχι στον προηγούμενο κώδικα.

Η Python χρησιμοποιεί το μοντέλο διαχείρισης σφαλμάτων «τερματισμού»: ένας διαχειριστής εξαιρέσεων μπορεί να διαπιστώσει τι συνέβη και να συνεχίσει την εκτέλεση σε ένα εξωτερικό επίπεδο, αλλά δεν μπορεί να διορθώσει την αιτία του σφάλματος και να επαναλάβει τη λειτουργία που απέτυχε (εκτός αν επανεισαχθεί το προβληματικό κομμάτι κώδικα από την αρχή).

Όταν μια εξαίρεση δεν αντιμετωπιστεί καθόλου, ο διερμηνέας τερματίζει την εκτέλεση του προγράμματος ή επιστρέφει στον διαδραστικό κύριο βρόχο του. Και στις δύο περιπτώσεις, εκτυπώνει το ίχνος της στοίβας, εκτός αν η εξαίρεση είναι SystemExit.

Οι εξαιρέσεις αναγνωρίζονται από στιγμιότυπα κλάσεων. Η ρήτρα except επιλέγεται ανάλογα με την κλάση του στιγμιότυπου: πρέπει να αναφέρεται στην κλάση του στιγμιότυπου ή σε μια μη εικονική βασική κλάση αυτής. Το στιγμιότυπο μπορεί να παραληφθεί από τον διαχειριστή και να μεταφέρει πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την εξαιρετική συνθήκη.

Σημείωση

Τα μηνύματα εξαιρέσεων δεν αποτελούν μέρος του API της Python. Το περιεχόμενό τους μπορεί να αλλάξει από τη μία έκδοση της Python στην επόμενη χωρίς προειδοποίηση και δεν θα πρέπει να βασίζεται σε αυτά ο κώδικας που θα εκτελεστεί σε πολλαπλές εκδόσεις του διερμηνέα.

Δείτε επίσης την περιγραφή της δήλωσης try στην ενότητα The try statement και της δήλωσης raise στην ενότητα The raise statement.

Υποσημειώσεις

1

Αυτός ο περιορισμός προκύπτει επειδή ο κώδικας που εκτελείται από αυτές τις λειτουργίες δεν είναι διαθέσιμος τη στιγμή που το module μεταγλωττίζεται.