Namespaces are one honking great idea — let's do more of those!

The Zen of Python, by Tim Peters

Как известно, в Python есть локальные пространства имен (внутри функции или класса, которые могут быть вложенными), глобальное (на уровне текущего модуля) и встроенное пространство имен модуля builtins. К последнему Python обращается в последнюю очередь, если искомое имя не находится в локальном и глобальном пространствах имен.

Посмотрим на пространства имен Python в интерактивном режиме.

C:_dev> python.exe
Python 3.6.3 (v3.6.3:2c5fed8, Oct  3 2017, 18:11:49) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> __name__
'__main__'

Это имя текущего модуля, в глобальном пространстве имен которого мы сейчас находимся. А функция dir() без аргументов покажет нам и другие имеющиеся в нем имена:

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__']

Попробуем увидеть, что за ними стоит. Нам помогут цикл for и eval():

>>> for name in dir(): print(name, eval(name), eval('type('+name+')'))
...
__annotations__ {} 
__builtins__  
__doc__ None 
__loader__  
__name__ __main__ 
__package__ None 
__spec__ None 

Приблизительно такую же информацию можно получить при помощи встроенной функции loclas(), которая возвращает словарь с ключами — именами текущего пространства имен:

>>> locals()
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': 
, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , 'name': '__spec__'}

(Заметьте, в пространстве имен появилось имя name, использованное нами выше в качестве переменной в цикле for. И с именем name связано значение, присвоенное ему в цикле последним.)

Наше текущее пространство имен при вводе команд в интерактивном режиме Python — это глобальное пространство имен модуля __main__. Поэтому словарь, возвращаемый функцией globals() и представляющий глобальное пространство имен, совпадает со словарем, возвращаемым locals():

>>> globals()
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': 
, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , 'name': '__spec__'}

>>> locals() == globals()
True

Мы вернемся к разнице между locals() и globals() позднее. А пока посмотрим внимательно на то, что имеется в глобальном пространстве имен.

Под именем __builtins__ в глобальном пространстве имен имеется модуль builtins, который автоматически импортируется при запуске Python. Этот модуль содержит все встроенные функции и классы, в том числе такие знакомые, как int, float, list, а также все встроенные исключения (exceptions):

>>> dir(__builtins__)
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException', 'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferEr
ror', 'BytesWarning', 'ChildProcessError', 'ConnectionAbortedError', 'ConnectionError', 'ConnectionRefusedError', 'Conne
ctionResetError', 'DeprecationWarning', 'EOFError', 'Ellipsis', 'EnvironmentError', 'Exception', 'False', 'FileExistsErr
or', 'FileNotFoundError', 'FloatingPointError', 'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError', 'ImportWarni
ng', 'IndentationError', 'IndexError', 'InterruptedError', 'IsADirectoryError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'Lookup
Error', 'MemoryError', 'ModuleNotFoundError', 'NameError', 'None', 'NotADirectoryError', 'NotImplemented', 'NotImplement
edError', 'OSError', 'OverflowError', 'PendingDeprecationWarning', 'PermissionError', 'ProcessLookupError', 'RecursionEr
ror', 'ReferenceError', 'ResourceWarning', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning', 'StopAsyncIteration', 'StopIteration', 'Syn
taxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError', 'SystemExit', 'TabError', 'TimeoutError', 'True', 'TypeError', 'UnboundLocalE
rror', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarni
ng', 'ValueError', 'Warning', 'WindowsError', 'ZeroDivisionError', '_', '__build_class__', '__debug__', '__doc__', '__im
port__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'abs', 'all', 'any', 'ascii', 'bin', 'bool', 'bytearray',
'bytes', 'callable', 'chr', 'classmethod', 'compile', 'complex', 'copyright', 'credits', 'delattr', 'dict', 'dir', 'divm
od', 'enumerate', 'eval', 'exec', 'exit', 'filter', 'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr&
#39;, 'ha
sh', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'isinstance', 'issubclass', 'iter', 'len', 'license', 'list', 'locals', 'map',
 'max', 'memoryview', 'min', 'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print', 'property', 'quit', 'range', 'repr'
, 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'var
s', 'zip']

В нем есть имена функций dir, eval, locals и globals, которыми мы воспользовались выше так, как будто их имена известны в текущем пространстве имен. Дело в том, что имена, не найденные в глобальном пространстве имен, Python ищет в пространстве имен модуля builtins.

Следующие два вызова по сути одно и то же:

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'name']
>>> __builtins__.dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'name']

Кстати, любопытно, что не все так называемые встроенные функции Python на самом деле являются функциями; часть из них — классы. Это видно из следующего фрагмента:

>>> for name in dir(__builtins__): print(name, eval(name), eval('type('+name+')'))
...
ArithmeticError  
AssertionError  
AttributeError  
BaseException  
BlockingIOError  
BrokenPipeError  
BufferError  
BytesWarning  
ChildProcessError  
ConnectionAbortedError  
ConnectionError  
ConnectionRefusedError  
ConnectionResetError  
DeprecationWarning  
EOFError  
Ellipsis Ellipsis 
EnvironmentError  
Exception  
False False 
FileExistsError  
FileNotFoundError  
FloatingPointError  
FutureWarning  
GeneratorExit  
IOError  
ImportError  
ImportWarning  
IndentationError  
IndexError  
InterruptedError  
IsADirectoryError  
KeyError  
KeyboardInterrupt  
LookupError  
MemoryError  
ModuleNotFoundError  
NameError  
None None 
NotADirectoryError  
NotImplemented NotImplemented 
NotImplementedError  
OSError  
OverflowError  
PendingDeprecationWarning  
PermissionError  
ProcessLookupError  
RecursionError  
ReferenceError  
ResourceWarning  
RuntimeError  
RuntimeWarning  
StopAsyncIteration  
StopIteration  
SyntaxError  
SyntaxWarning  
SystemError  
SystemExit  
TabError  
TimeoutError  
True True 
TypeError  
UnboundLocalError  
UnicodeDecodeError  
UnicodeEncodeError  
UnicodeError  
UnicodeTranslateError  
UnicodeWarning  
UserWarning  
ValueError  
Warning  
WindowsError  
ZeroDivisionError  
__build_class__  
__debug__ True 
__doc__ None 
__import__  
__loader__  
__name__ __main__ 
__package__ None 
__spec__ None 
abs  
all  
any  
ascii  
bin  
bool  
bytearray  
bytes  
callable  
chr  
classmethod  
compile  
complex  
copyright Copyright (c) 2001-2017 Python Software Foundation.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 2000 BeOpen.com.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 1995-2001 Corporation for National Research Initiatives.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 1991-1995 Stichting Mathematisch Centrum, Amsterdam.
All Rights Reserved. 
credits     Thanks to CWI, CNRI, BeOpen.com, Zope Corporation and a cast of thousands
    for supporting Python development.  See www.python.org for more information. 
delattr  
dict  
dir  
divmod  
enumerate  
eval  
exec  
exit Use exit() or Ctrl-Z plus Return to exit 
filter  
float  
format  
frozenset  
getattr  
globals  
hasattr  
hash  
help Type help() for interactive help, or help(object) for help about object. 
hex  
id  
input  
int  
isinstance  
issubclass  
iter  
len  
license Type license() to see the full license text 
list  
locals  
map  
max  
memoryview  
min  
next  
object  
oct  
open  
ord  
pow  
print  
property  
quit Use quit() or Ctrl-Z plus Return to exit 
range  
repr  
reversed  
round  
set  
setattr  
slice  
sorted  
staticmethod  
str  
sum  
super  
tuple  
type  
vars  
zip  

Так, например, eval, any и all являются builtin_function_or_method, а вот filter, map и range являются экземплярами класса type, то есть, классами. (Да ведь это итераторы!)

Следующая попытка разрешить имя pi не удается, потому что это имя не определено в глобальном пространстве имен и не определено в модуле builtins:

>>> pi
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
NameError: name 'pi' is not defined

Оно определено в модуле math. Импортируем этот модуль и проверим, что изменилось в текущем пространстве имен:

>>> import math
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'math', 'name']

В текущем пространстве имен появилось имя math. Это имя указывает на модуль math:

>>> math

В котором есть много интересного:

>>> dir(math)
['__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'acos', 'acosh', 'asin', 'asinh', 'atan', 'atan2', 'ata
nh', 'ceil', 'copysign', 'cos', 'cosh', 'degrees', 'e', 'erf', 'erfc', 'exp', 'expm1', 'fabs', 'factorial', 'floor', 'fm
od', 'frexp', 'fsum', 'gamma', 'gcd', 'hypot', 'inf', 'isclose', 'isfinite', 'isinf', 'isnan', 'ldexp', 'lgamma', 'log',
 'log10', 'log1p', 'log2', 'modf', 'nan', 'pi', 
9;pow', 'radians', 'sin', 'sinh', 'sqrt', 'tan', 'tanh', 'tau', 'trunc']

В том числе, интересующее нас имя pi, с которым связано число пи:

>>> math.pi
3.141592653589793

Мы даже можем его переопределить (хотя это хулиганство):

>>> math.pi = 123.123
>>> math.pi
123.123

Вернемся теперь к вопросу о локальном пространстве имен. Чтобы функция locals() вернула словарь для локального пространства имен, нужно вызвать ее внутри нашей собственной функции, где текущее простраство имен — локальное пространство имен этой функции.

>>> def loc():
...     x = 1
...     y = 2
...     print(locals() == globals())
...     print(locals())
...     print(globals())
...
>>> loc()
False
{'y': 2, 'x': 1}
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': 
, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , 'name': '__spec__', 'math': <
module 'math' (built-in)>, 'loc': }

Теперь разница между locals() и globals() очевидна.

А в глобальном пространстве имен появилось имя loc, указывающее на определенную нами функцию. Вызовем ее по-другому:

>>> globals()['loc']()
False
{'y': 2, 'x': 1}
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': 
, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , 'name': '__spec__', 'math': <
module 'math' (built-in)>, 'loc': }

Можно вызвать и так (ведь на уровне модуля глобальное и локальное пространства имен совпадают):

>>> locals()['loc']()
False
{'y': 2, 'x': 1}
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': 
, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , 'name': '__spec__', 'math': <
module 'math' (built-in)>, 'loc': }

А как поживает число пи в модуле math?

>>> locals()['math'].pi
123.123

Прекратим это безобразие и, пожалуй, закончим на сегодня:

>>> quit()

C:_dev>