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python符号表、module和package

symbol table

symbol table(符号表)是用于编译器或解释器中的一个数据结构,存储了源码中每个符号以及关联的信息。不同的作用域可能会有各自的符号表。在静态语言中,符号表尤为重要。

python variable

python中的变量与c/c++的不一样,是绑定到对象的symbolic name。aabb都是绑定到一个list对象的名字。

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aa = [1, 2, 3]
bb = aa
aa[0] = 666

python symbol table

虽然python是动态语言,没有编译时类型检查,但python也有符号表。python的符号表通过编译器由AST生成,用于计算每个标识符的作用域,最终符号表和AST会被共同用于生成字节码。symtable模块提供了关于标识符的作用域等信息,还能够输出在这些作用域中引用到的变量是哪个。

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# add.py
def outer(aa):
def inner():
bb = 1
return aa + bb + cc
return inner

src = open('add.py', 'r').read()
import symtable
table = symtable.symtable(src, 'src.py', 'exec')

def describe_symbol(sym):
assert type(sym) == symtable.Symbol
print("Symbol:", sym.get_name())
for prop in [
'referenced', 'imported', 'parameter',
'global', 'declared_global', 'local',
'free', 'assigned', 'namespace']:
if getattr(sym, 'is_' + prop)():
print(' is', prop)

for i in table.get_children()[0].get_children()[0].get_symbols():
describe_symbol(i)

Symbol: bb
is referenced
is local
is assigned
Symbol: aa
is referenced
is free
Symbol: cc
is referenced
is global

free variable:如果变量在一个代码块内使用(在代码内被绑定),但是并没有在其中定义,那么这个变量是自由变量。顺便提一句,使用了自由变量的函数就是闭包(closure)。
global variable:如果变量代码在模块级别被绑定,这个变量是全局变量。
local variable:如果变量在代码块内被绑定,这个变量是局部变量。

python module

module(模块)是一个包含python定义和语句的文件,文件名由module名和.py后缀构成。module名可由全局变量__name__获取。这个文件可被作为脚本使用或用于repl中,module中的定义可以被其他module或mainmodule导入。

例如:p.py

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def add(a, b):
return a + b

在repl中,

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# 把module名p加入当前的符号表
import p
p.add(1, 2)

Symbol: p
is imported
is local

# 把p中的add导入当前符号表
from p import add
add(1, 2)

Symbol: add
is imported
is local

# 把p中的除_开头的所有名字导入当前符号表
from p import *

一个module,可以包含可执行语句和函数定义,这些语句是用于初始化module的,仅仅在第一次导入这个模块的时候执行,作为脚本运行的时候也会执行。module作为脚本执行的时候,__name__会被设置为"__main__",很常见的一个语句是if __name__ == "__main__":,作为脚本执行的时候,运行if内的语句。

每个module有自己私有的符号表。module内部的全局变量不会与外部的产生冲突,另一个角度看,如果知道模块内的全局变量名称,可以通过modname.itemname的方式访问到。通过dir()函数可以得到module内定义的名字。

导入module时,module名字的search path为,

  1. 内置的module

  2. sys.path
    这个变量的值由下列几项初始化得到,

    • 脚本当前目录

    • PYTHONPATH环境变量

    • the installation-dependent default

      sys.path初始化以后,可以在程序中修改。

python package

package是一种通过modnameA.submodnameB来组织module的方式。python会把包含__init__.py文件的文件夹当做package。__init__.py文件可以直接留空,也可以加入初始化package的代码或设置__all__变量(用于控制from package imrpot *的时候,导入哪些)。

导入的方式为,

  • from package import item。import语句首先测试item是否在package中定义,如果没有,那么假设item是一个module并尝试load。最终如果没有找到,那么会抛出ImportError异常。
  • import item.subitem.subsubitem,最后一个item可以是module或package,但不能是类、函数或变量,其他必须是package。

class和module

在使用的时候,class和module有一些相似的地方,但是二者完全不同。

  • class是创建带有属性和方法的实例的蓝图,支持继承等。这些module都不能做。
  • module仅仅只是组织代码的方式。

References

  1. Python internals: Symbol tables, part 1
  2. symtable — Access to the compiler’s symbol tables¶