Python 3 - 如何像直接替换一样执行字符串？

Question

问题描述

我很好奇是否可以在函数中使用exec 字符串，就好像该字符串直接替换了exec（带有适当的缩进）。我知道在 99.9% 的情况下，您不应该使用 exec，但我更感兴趣的是是否可以这样做，而不是是否应该这样做。

我想要的行为相当于：

GLOBAL_CONSTANT = 1

def test_func():
    def A():
        return GLOBAL_CONSTANT
    def B():
        return A()
    return B

func = test_func()
assert func() == 1

但我却得到了：

GLOBAL_CONSTANT = 1

EXEC_STR = """
def A():
    return GLOBAL_CONSTANT
def B():
    return A()
"""

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    # Insert code here

func = exec_and_extract(EXEC_STR, 'B')
assert func() == 1

尝试失败

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    exec(EXEC_STR)  # equivalent to exec(EXEC_STR, globals(), locals())
    return locals()[var_name]

NameError: name 'A' is not defined 调用func() 时，因为A 和B 存在于exec_and_extract 的locals() 中，但是运行A 或B 时的执行上下文是exec_and_extract 的@987654 @。

---

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    exec(EXEC_STR, locals())  # equivalent to exec(EXEC_STR, locals(), locals())
    return locals()[var_name]

NameError: name 'GLOBAL_CONSTANT' is not defined 从func() 内部调用A 时，因为A 的执行上下文是exec_and_extract 的locals()，其中不包含GLOBAL_CONSTANT。

---

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    exec(EXEC_STR, globals())  # equivalent to exec(EXEC_STR, globals(), globals())
    return globals()[var_name]

有效但污染全局命名空间，不等效。

---

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    locals().update(globals())
    exec(EXEC_STR, locals())  # equivalent to exec(EXEC_STR, locals(), locals())
    return locals()[var_name]

有效，但需要将exec_and_extract 的globals() 的全部内容复制到其locals() 中，如果globals() 很大（当然不适用于这个人为的示例），这是浪费时间。此外，与“粘贴代码”版本略有不同，因为如果 exec_and_extract 的参数之一恰好是 GLOBAL_CONSTANT（一个可怕的参数名称），则行为会有所不同（“粘贴”版本会使用参数值，而此代码将使用全局常量值）。

进一步的限制

试图掩盖问题陈述中的任何“漏洞”：

• exec_str 值应代表可以访问全局或局部范围变量的任意代码。
• 解决方案不应要求分析在exec_str 中访问了哪些全局范围变量。
• 在后续调用exec_and_extract（在全局命名空间或其他地方）之间不应存在“污染”。即在此示例中，EXEC_STR 的执行不应留下 A 以供将来调用 exec_and_extract 时参考。

Answer 1

这是不可能的。 exec 与局部变量作用域机制的交互非常糟糕，而且对于这样的任何事情来说，它都受到了太多的限制。事实上，执行字符串中的任何局部变量绑定操作实际上都是未定义的行为，包括普通赋值、函数定义、类定义、导入等，如果您使用默认局部变量调用 exec。引用docs：

默认局部变量的作用与下面函数 locals() 的描述相同：不应尝试修改默认局部变量字典。如果您需要在函数 exec() 返回后查看代码对局部变量的影响，请传递显式局部变量字典。

此外，exec 执行的代码不能代表调用者return、break、yield 或执行其他控制流。它可以break 循环作为执行代码的一部分，或者return 来自执行代码中定义的函数，但它不能与其调用者的控制流交互。

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如果您愿意牺牲能够与调用函数的本地交互的要求（正如您在 cmets 中提到的），并且您不关心与调用者的控制流交互，那么您可以插入将代码的 AST 放入新函数定义的主体中并执行：

import ast
import sys

def exec_and_extract(code_string, var):
    original_ast = ast.parse(code_string)
    new_ast = ast.parse('def f(): return ' + var)
    fdef = new_ast.body[0]
    fdef.body = original_ast.body + fdef.body
    code_obj = compile(new_ast, '<string>', 'exec')

    gvars = sys._getframe(1).f_globals
    lvars = {}
    exec(code_obj, gvars, lvars)

    return lvars['f']()

我使用了一种基于 AST 的方法而不是字符串格式，以避免意外在输入中的三引号字符串中插入额外缩进等问题。

inspect 允许我们使用调用 exec_and_extract 的人的全局变量，而不是 exec_and_extract 自己的全局变量，即使调用者在不同的模块中。

在执行代码中定义的函数看到的是实际的全局变量而不是副本。

修改后的 AST 中的额外包装函数避免了一些否则会出现的范围问题；特别是，B 将无法在您的示例代码中看到A 的定义。

Answer 2

有效但污染全局命名空间，不等效。

那么如何复制globals() dict，并从中检索B？

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    env = dict(globals())
    env.update(locals())
    exec(EXEC_STR, env)
    return env[var_name]

这仍然有效，并且不会污染全局命名空间。

Answer 3

@user2357112supportsMonica（响应线程中的评论，因为这包含代码块）

似乎这样的事情可能会起作用：

def exec_and_extract(exec_str, var_name):
    env = {}
    modified_exec_str = """def wrapper():
{body}
    return {var_name}
    """.format(body=textwrap.indent(exec_str, '    '), var_name=var_name)
    exec(modified_exec_str, globals(), env)
    return env['wrapper']()

这允许访问全局范围，包括未来的更改以及访问exec_str 中定义的其他变量。