4. 実行モデル
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4.1. プログラムの構造
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Python プログラムはコードブロックから構成されます。 ブロック (*block*)
は、一つのまとまりとして実行される Python プログラムテキストの断片です
。 モジュール、関数本体、そしてクラス定義はブロックであり、対話的に入
力された個々のコマンドもブロックです。 スクリプトファイル (インタープ
リタに標準入力として与えられたり、インタープリタにコマンドライン引数と
して与えられたファイル) もコードブロックです。 スクリプトコマンド (イ
ンタープリタのコマンドライン上で "-c" オプションで指定されたコマンド)
もコードブロックです。 引数 "-m" を使用して、コマンドラインからトップ
レベルスクリプト(すなわちモジュール "__main__" )として実行されるモジュ
ールもまたコードブロックです。組み込み関数 "eval()" や "exec()" に渡さ
れた文字列引数もコードブロックです。

コードブロックは、実行フレーム (*execution frame*) 上で実行されます。
実行フレームには、 (デバッグに使われる) 管理情報が収められています。ま
た、現在のコードブロックの実行が完了した際に、どのようにプログラムの実
行を継続するかを決定しています。


4.2. 名前づけと束縛 (naming and binding)
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4.2.1. 名前の束縛
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*名前 (name)* は、オブジェクトを参照します。名前を導入するには、名前へ
の束縛 (name binding) 操作を行います。

以下の構文が名前を束縛します:

* formal parameters to functions,

* クラス定義,

* 関数定義,

* 代入式,

* targets that are identifiers if occurring in an assignment:

  * "for" loop header,

  * after "as" in a "with" statement, "except" clause, "except*"
    clause, or in the as-pattern in structural pattern matching,

  * in a capture pattern in structural pattern matching

* "import" 文.

* "type" statements.

* type parameter lists.

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.

"del" 文で指定される対象は、("del" の意味付けは、実際は名前の解放
(unbind) ですが) 文の目的上、束縛済みのものとみなされます。

代入文や import 文はいずれも、クラスや関数定義、モジュールレベル (トッ
プレベルのコードブロック) 内で起こります。

If a name is bound in a block, it is a local variable of that block,
unless declared as "nonlocal" or "global".  If a name is bound at the
module level, it is a global variable.  (The variables of the module
code block are local and global.)  If a variable is used in a code
block but not defined there, it is a *free variable*.

プログラムテキスト中に名前が出現するたびに、その名前が使われている最も
内側の関数ブロック中で作成された *束縛 (binding)* を使って名前の参照が
行われます。


4.2.2. 名前解決
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スコープ (*scope*) は、ブロック内の名前の可視性を決めます。 ローカル変
数があるブロック内で定義されている場合、変数のスコープはそのブロックを
含みます。 関数ブロック内で名前の定義を行った場合、その中のブロックが
名前に別の束縛を行わない限り、定義ブロック内の全てのブロックを含むよう
にスコープが拡張されます。

ある名前がコードブロック内で使われると、その名前を最も近傍から囲うよう
なスコープ (最内スコープ: nearest enclosing scope) を使って束縛の解決
を行います。こうしたスコープからなる、あるコードブロック内で参照できる
スコープ全ての集合は、ブロックの環境(*environment*)と呼ばれます。

名前が全く見付からなかったときは、 "NameError" 例外が送出されます。 現
在のスコープが関数のもので、名前が使われる場所でローカル変数がまだ値に
束縛されていない場合、 "UnboundLocalError" 例外が送出されます。
"UnboundLocalError" は "NameError" の子クラスです。

ある名前がコードブロック内のどこかで束縛操作されていたら、そのブロック
内で使われるその名前はすべて、現在のブロックへの参照として扱われます。
このため、ある名前がそのブロック内で束縛される前に使われるとエラーにつ
ながります。この規則は敏感です。Python には宣言がなく、コードブロック
のどこでも名前束縛操作ができます。あるコードブロックにおけるローカル変
数は、ブロックのテキスト全体から名前束縛操作を走査することで決定されま
す。例は UnboundLocalError についての FAQ 項目 を参照してください。

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
next. If the names are also not found in the builtins namespace, new
variables are created in the global namespace. The global statement
must precede all uses of the listed names.

"global" 文は、同じブロックの束縛操作と同じスコープを持ちます。ある自
由変数の最内スコープに global 文がある場合、その自由変数はグローバル変
数とみなされます。

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. Type parameters cannot be
rebound with the "nonlocal" statement.

あるモジュールの名前空間は、そのモジュールが最初に import された時に自
動的に作成されます。スクリプトの主モジュール (main module) は常に
"__main__" と呼ばれます。

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, but it does
not include annotation scopes, which have access to their enclosing
class scopes. This means that the following will fail:

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

However, the following will succeed:

   class A:
       type Alias = Nested
       class Nested: pass

   print(A.Alias.__value__)  # <type 'A.Nested'>


4.2.3. Annotation scopes
------------------------

Type parameter lists and "type" statements introduce *annotation
scopes*, which behave mostly like function scopes, but with some
exceptions discussed below. *Annotations* currently do not use
annotation scopes, but they are expected to use annotation scopes in
Python 3.13 when **PEP 649** is implemented.

Annotation scopes are used in the following contexts:

* Type parameter lists for generic type aliases.

* Type parameter lists for generic functions. A generic function's
  annotations are executed within the annotation scope, but its
  defaults and decorators are not.

* Type parameter lists for generic classes. A generic class's base
  classes and keyword arguments are executed within the annotation
  scope, but its decorators are not.

* The bounds and constraints for type variables (lazily evaluated).

* The value of type aliases (lazily evaluated).

Annotation scopes differ from function scopes in the following ways:

* Annotation scopes have access to their enclosing class namespace. If
  an annotation scope is immediately within a class scope, or within
  another annotation scope that is immediately within a class scope,
  the code in the annotation scope can use names defined in the class
  scope as if it were executed directly within the class body. This
  contrasts with regular functions defined within classes, which
  cannot access names defined in the class scope.

* Expressions in annotation scopes cannot contain "yield", "yield
  from", "await", or ":=" expressions. (These expressions are allowed
  in other scopes contained within the annotation scope.)

* Names defined in annotation scopes cannot be rebound with "nonlocal"
  statements in inner scopes. This includes only type parameters, as
  no other syntactic elements that can appear within annotation scopes
  can introduce new names.

* While annotation scopes have an internal name, that name is not
  reflected in the *qualified name* of objects defined within the
  scope. Instead, the "__qualname__" of such objects is as if the
  object were defined in the enclosing scope.

Added in version 3.12: Annotation scopes were introduced in Python
3.12 as part of **PEP 695**.


4.2.4. Lazy evaluation
----------------------

The values of type aliases created through the "type" statement are
*lazily evaluated*. The same applies to the bounds and constraints of
type variables created through the type parameter syntax. This means
that they are not evaluated when the type alias or type variable is
created. Instead, they are only evaluated when doing so is necessary
to resolve an attribute access.

例:

   >>> type Alias = 1/0
   >>> Alias.__value__
   Traceback (most recent call last):
     ...
   ZeroDivisionError: division by zero
   >>> def func[T: 1/0](): pass
   >>> T = func.__type_params__[0]
   >>> T.__bound__
   Traceback (most recent call last):
     ...
   ZeroDivisionError: division by zero

Here the exception is raised only when the "__value__" attribute of
the type alias or the "__bound__" attribute of the type variable is
accessed.

This behavior is primarily useful for references to types that have
not yet been defined when the type alias or type variable is created.
For example, lazy evaluation enables creation of mutually recursive
type aliases:

   from typing import Literal

   type SimpleExpr = int | Parenthesized
   type Parenthesized = tuple[Literal["("], Expr, Literal[")"]]
   type Expr = SimpleExpr | tuple[SimpleExpr, Literal["+", "-"], Expr]

Lazily evaluated values are evaluated in annotation scope, which means
that names that appear inside the lazily evaluated value are looked up
as if they were used in the immediately enclosing scope.

Added in version 3.12.


4.2.5. 組み込みと制限付きの実行
-------------------------------

ユーザは "__builtins__" に触れるべきではありません; これは厳密に実装の
詳細です。組み込みの名前空間の中の値をオーバーライドしたいユーザは、
"builtins" モジュールを "import" して、その属性を適切に変更するべきで
す。

あるコードブロックの実行に関連する組み込み名前空間は、実際にはコードブ
ロックのグローバル名前空間から名前 "__builtins__" を検索することで見つ
かります; "__builtins__"  は辞書かモジュールでなければなりません (後者
の場合はモジュールの辞書が使われます)。デフォルトでは、 "__main__" モ
ジュール中においては、 "__builtins__" は組み込みモジュール "builtins"
です; それ以外の任意のモジュールにおいては、 "__builtins__" は
"builtins" モジュール自身の辞書のエイリアスです。


4.2.6. 動的な機能とのやりとり
-----------------------------

自由変数の名前解決はコンパイル時でなく実行時に行われます。つまり、以下
のコードは42を出力します:

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

"eval()" と "exec()" 関数は、名前の解決に、現在の環境の全てを使えるわ
けではありません。名前は呼び出し側のローカルやグローバル名前空間で解決
できます。自由変数は最内名前空間ではなく、グローバル名前空間から解決さ
れます。 [1] "exec()" と "eval()" 関数にはオプションの引数があり、グロ
ーバルとローカル名前空間をオーバライドできます。名前空間が一つしか指定
されなければ、両方の名前空間として使われます。


4.3. 例外
=========

例外とは、コードブロックの通常の制御フローを中断して、エラーやその他の
例外的な状況を処理できるようにするための手段です。例外はエラーが検出さ
れた時点で *送出 (raise)* されます; 例外は、エラーが発生部の周辺のコー
ドブロックか、エラーが発生したコードブロック直接または間接的に呼び出し
ているコードブロックで *処理 (handle)* することができます。

Python インタプリタは、ランタイムエラー (ゼロ除算など) が検出されると
例外を送出します。Python プログラムから、 "raise" 文を使って明示的に例
外を送出することもできます。例外ハンドラ (exception handler) は、
"try" ... "except" 文で指定することができます。 "try" 文の "finally"
節を使うとクリーンアップコード (cleanup code) を指定できます。このコー
ドは例外は処理しませんが、先行するコードブロックで例外が起きても起きな
くても実行されます。

Python は、エラー処理に "プログラムの終了 (termination)" モデルを用い
ています: 例外ハンドラは、プログラムに何が発生したかを把握することがで
き、ハンドラの外側のレベルに処理を継続することはできますが、(問題のあ
ったコード部分を最初から実行しなおすのでない限り) エラーの原因を修復し
たり、実行に失敗した操作をやり直すことはできません。

例外が全く処理されないとき、インタプリタはプログラムの実行を終了させる
か、対話メインループに処理を戻します。 どちらの場合も、例外が
"SystemExit" でなければ、スタックのトレースバックを出力します。

例外は、クラスインスタンスによって識別されます。 "except" 節はインスタ
ンスのクラスにもとづいて選択されます: これはインスタンスのクラスか、そ
の *非仮想基底クラス* を参照します。このインスタンスはハンドラによって
受け取られ、例外条件に関する追加情報を伝えることができます。

注釈:

  例外のメッセージは、Python API 仕様には含まれていません。メッセージ
  の内容は、ある Python のバージョンと次のバージョンの間で警告なしに変
  更される可能性があるので、複数バージョンのインタプリタで動作するよう
  なコードは、例外メッセージの内容に依存させるべきではありません。

"try" 文については、 try 文 節、 "raise" 文については raise 文 節も参
照してください。

-[ 脚注 ]-

[1] この制限は、上記の操作によって実行されるコードが、モジュールをコン
    パイルしたときには利用できないために起こります。
