4. Модель виконання

4.1. Структура програми

Програма Python складається з блоків коду. block — це частина тексту програми Python, яка виконується як одиниця. Це блоки: модуль, тіло функції та визначення класу. Кожна команда, введена в інтерактивному режимі, є блоком. Файл сценарію (файл, наданий інтерпретатору як стандартний ввід або вказаний як аргумент командного рядка для інтерпретатора) є блоком коду. Команда сценарію (команда, указана в командному рядку інтерпретатора з опцією -c) — це блок коду. Модуль, запущений як сценарій верхнього рівня (як модуль __main__) з командного рядка за допомогою аргументу -m, також є блоком коду. Рядковий аргумент, який передається до вбудованих функцій eval() і exec(), є блоком коду.

Блок коду виконується у execution frame. Кадр містить деяку адміністративну інформацію (використовується для налагодження) і визначає, де і як виконання продовжується після завершення виконання блоку коду.

4.2. Називання та зв’язування

4.2.1. Прив’язка імен

Names стосуються об’єктів. Імена вводяться за допомогою операцій зв’язування імен.

Наступні конструкції зв’язують імена:

  • формальні параметри функцій,

  • визначення класів,

  • визначення функцій,

  • вирази присвоєння,

  • targets, які є ідентифікаторами, якщо зустрічаються у призначенні:

    • for заголовок циклу,

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

    • у шаблоні захоплення в зіставленні структурного шаблону

  • import оператори.

Оператор import у формі from ... import * прив’язує всі імена, визначені в імпортованому модулі, за винятком тих, що починаються з підкреслення. Цю форму можна використовувати лише на рівні модуля.

Ціль, що зустрічається в операторі del, також вважається зв’язаною для цієї мети (хоча фактична семантика полягає в тому, щоб роз’єднати ім’я).

Кожен оператор призначення або імпорту відбувається в блоці, визначеному визначенням класу чи функції, або на рівні модуля (блок коду верхнього рівня).

Якщо ім’я прив’язане до блоку, воно є локальною змінною цього блоку, якщо не оголошено як nonlocal або global. Якщо ім’я прив’язане на рівні модуля, воно є глобальною змінною. (Змінні блоку коду модуля є локальними та глобальними.) Якщо змінна використовується в блоці коду, але не визначена там, це free variable.

Кожне входження імені в текст програми посилається на binding цього імені, встановлене наступними правилами розпізнавання імен.

4.2.2. Розділення імен

scope визначає видимість імені в блоці. Якщо локальна змінна визначена в блоці, її область включає цей блок. Якщо визначення міститься у функціональному блоці, область поширюється на будь-які блоки, що містяться в визначальному, якщо тільки блок не вводить іншу прив’язку для імені.

Коли ім’я використовується в блоці коду, воно розпізнається за допомогою найближчої охоплюючої області. Набір усіх таких областей, видимих для блоку коду, називається environment блоку.

Якщо ім’я взагалі не знайдено, виникає виняток NameError. Якщо поточна область є областю функції, а ім’я посилається на локальну змінну, яка ще не прив’язана до значення в точці, де використовується ім’я, виникає виняток UnboundLocalError. UnboundLocalError є підкласом 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. See the FAQ entry on UnboundLocalError for examples.

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.

Оператор global має ту саму область дії, що й операція прив’язки імені в тому самому блоці. Якщо найближча охоплююча область для вільної змінної містить глобальний оператор, вільна змінна розглядається як глобальна.

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.

Простір імен для модуля створюється автоматично під час першого імпорту модуля. Основний модуль для сценарію завжди називається __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. Вбудоване та обмежене виконання

Деталі реалізації CPython: Користувачі не повинні торкатися __builtins__; це суто деталь реалізації. Користувачі, які хочуть змінити значення у просторі імен вбудованих модулів, повинні import модуль builtins і відповідним чином змінити його атрибути.

Простір вбудованих імен, пов’язаний із виконанням блоку коду, фактично можна знайти шляхом пошуку назви __builtins__ у його глобальному просторі імен; це має бути словник або модуль (в останньому випадку використовується словник модуля). За замовчуванням у модулі __main__ __builtins__ є вбудованим модулем builtins; у будь-якому іншому модулі __builtins__ є псевдонімом для словника самого модуля builtins.

4.2.4. Взаємодія з динамічними функціями

Розділення імен вільних змінних відбувається під час виконання, а не під час компіляції. Це означає, що наступний код виведе 42:

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

Функції eval() і exec() не мають доступу до повного середовища для розпізнавання імен. Імена можуть бути дозволені в локальному та глобальному просторах імен абонента. Вільні змінні вирішуються не в найближчому охоплюючому просторі імен, а в глобальному просторі імен. [1] Функції exec() і eval() мають додаткові аргументи для заміни глобального та локального простору імен. Якщо вказано лише один простір імен, він використовується для обох.

4.3. Винятки

Винятки — це засіб виходу зі звичайного потоку керування блоком коду для обробки помилок або інших виняткових умов. Виняток викликається в точці, де виявлено помилку; вона може оброблятися навколишнім блоком коду або будь-яким блоком коду, який прямо чи опосередковано викликав блок коду, де сталася помилка.

Інтерпретатор Python викликає виняток, коли виявляє помилку під час виконання (наприклад, ділення на нуль). Програма на Python також може явно викликати виняток за допомогою оператора raise. Обробники винятків визначаються оператором try … except. Речення finally такого оператора можна використовувати для визначення коду очищення, який не обробляє виняток, але виконується незалежно від того, чи виникла виняток у попередньому коді.

Python використовує модель «припинення» обробки помилок: обробник винятків може дізнатися, що сталося, і продовжити виконання на зовнішньому рівні, але він не може виправити причину помилки та повторити невдалу операцію (за винятком повторного введення несправної частини коду зверху).

Якщо виняток взагалі не обробляється, інтерпретатор припиняє виконання програми або повертається до основного інтерактивного циклу. У будь-якому випадку він друкує зворотне трасування стека, за винятком випадків, коли винятком є SystemExit.

Винятки визначаються екземплярами класу. Речення except вибирається залежно від класу примірника: воно має посилатися на клас примірника або його невіртуальний базовий клас. Примірник може бути отриманий обробником і може містити додаткову інформацію про винятковий стан.

Примітка

Повідомлення про винятки не є частиною API Python. Їх вміст може змінюватися від однієї версії Python до іншої без попередження, і на нього не слід покладатися кодом, який працюватиме під кількома версіями інтерпретатора.

Дивіться також опис оператора try у розділі Оператор try та оператора raise у розділі Оператор raise.

Виноски