Python中字符串类型代码的执行函数——eval()、exec()和compile()详解

字符串类型代码的执行

字符串类型代码的执行函数有三个，都是Python的内置函数。

• eval()执行字符串类型的代码，并返回最终结果。
• exec()执行字符串类型的代码。
• compile()将字符串类型的代码编码。代码对象能够通过exec语句来执行或者eval()进行求值。

下面来一一介绍这三个函数。

eval()

执行一个字符串表达式，并返回表达式的值

eval(expression[, globals[, locals]])

参数

• expression：Python 表达式。
• globals：必须是一个字典对象，否则程序会出错。当定义了globals参数之后eval函数的作用域会被限定在globals中。
• locals：该参数掌控局部的命名空间，功能和globals类型，不过当参数冲突时，会执行locals处的参数。

例子一：因为此处没有指定globals和locals，所以直接执行expression部分的内容。

>>> a = 10
>>> eval("a ** 3")
1000

例子二：globals参数示例。

>>> a = 10
>>> g = {'a': 5}
>>> eval("a + 1", g)
6

因为现在指定了globals，所以在expression部分的作用域就是globals指定的字典范围内。所以此时外面的a=10被屏蔽，取用字典中的值。

例子三：locals参数示例

>>> a = 10
>>> b = 15
>>> c = 20
>>> g = {"a": 6, "b": 8}
>>> t = {"b": 1000, "c": 10}
>>> eval("a + b + c", g, t)
1016

上面提到了，当有globals和locals时作用的范围域是在globals和locals中，所以a=1，b=20，c=30不会被应用。a和c的值分别去字典g和字典t中的值，当globals和locals中都有参数b时取locals中的值。所以a=6，b=100，c=10。

exec()

在Python中，exec()是一个十分有趣且实用的内置函数，不同于eval()函数只能执行计算数学表达式的结果的功能，exec()能够动态地执行复杂的Python代码，能够十分强大。参数如下：

• object：必选参数，必须是字符串或 code 对象。如果 object 是一个字符串，该字符串会先被解析为一组 Python 语句，然后在执行（除非发生语法错误）。如果 object 是一个 code 对象，那么它只是被简单的执行。
• globals：可选参数，表示全局命名空间（存放全局变量）必须是一个字典对象。
• locals：可选参数，表示当前局部命名空间（存放局部变量）可以是任何映射对象。如果该参数被忽略，那么它将会取与 globals 相同的值。

下面来看一些例子。

例子一：执行简单的代码

>>> a = 12
>>> b = 30
>>> exec("ans = a * b")
>>> ans
360

例子二：func为字符串，它是一个递归地计算整数阶乘的函数。因为exec()仅支持string和code object参数，所以我们要将该递归函数转化成一个字符串，当然，格式还是要Python代码的格式来，注意换行和缩进。刚才例子的输出结果为：

>>> func = "def fact(n):\n\treturn 1 if n == 1 else n * fact(n - 1)
>>> exec(func)
>>> a = fact(5)
>>> a
120

例子三：exec()的参数和上面的eval()一模一样。

>>> x = 15
>>> expr = "z = 30\nsum = x + y + z\nprint(sum)"
>>> y = 20
>>> exec(expr)
65
>>> exec(expr, {'x': 1, 'y': 2})
33
>>> exec(expr, {'x': 1, 'y': 2}, {'y': 100, 'z': 4})
131

例子四：说到这里，可能有些疑问了？事实上，这些代码不是直接能够在Python中执行吗，为何还要多此一举？在实际项目中，我们有些时候会将Python代码写入一些文件中，举个例子，如以下的eg.txt，它储存了我们想要的Python代码，如下：

def fact(n):
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * fact(n - 1)
        
t = fact(6)
print(t)

请再次注意，这是一个txt格式的Python代码。那么，我们如何调用它呢？答案就是exec()函数，代码如下：

with open('E://eg.txt', 'r') as f:
    s = f.read()
 
exec(s)

compile()

compile()函数将一个字符串编译为字节代码或 AST 对象。代码对象可以被 exec()或 eval() 执行。以下是compile()方法的语法：

compile(source, filename, mode[, flags[, dont_inherit]])

参数如下：

• source ：可以是常规的字符串、字节字符串，或者 AST 对象
• filename：代码文件名称，如果不是从文件读取代码则传递一些可辨认的值。
• mode：指定编译代码的种类。可以指定为 exec, eval, single。
• 如果是exec类型，表示这是一个序列语句，可以进行运行；
• 如果是eval类型，表示这是一个单一的表达式语句，可以用来计算相应的值出来；编译代码时，如果语法出错会返回SyntaxError；如果代码包含一些空字节，则返回类型错误TypeError。
• 如果是single类型，表示这是一个单一语句，采用交互模式执行，在这种情况下，如果是一个表达式，一般会输出结果，而不是打印为None输出。
• flags：变量作用域，局部命名空间，如果被提供，可以是任何映射对象。
• flags和dont_inherit是用来控制编译源码时的标志。

编译代码时，如果语法出错会返回SyntaxError；如果代码包含一些空字节，则返回类型错误TypeError。

注意事项：当采用single或eval类型编译时，如果有多行代码，每行代码后面至少有一个换行符，否则在code模块编译时就会提示编译的源码不完整错误。在Python 3.2版本之后，允许输入Windows或Mac的换行符；当采用exec模式时，不需要在每个行后面输入换行符；在这个版本之后增加了优化参数。

例子：

>>> str = "for i in range(0,10): print(i)"
>>> c = compile(str, '', 'exec')
>>> exec(c)  # eval 也可以
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9
>>> str = "3 * 4 + 5"
>>> a = compile(str, '', 'eval')
>>> eval(a)
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