Python 的 eval()

我們可以使用內(nèi)置的 Python eval()[1] 從基于字符串或基于編譯代碼的輸入中動(dòng)態(tài)地計(jì)算表達(dá)式。如果我們向 eval() 傳遞一個(gè)字符串，那么該函數(shù)會(huì)解析它，將其編譯為字節(jié)碼[2]，并將其作為一個(gè) Python 表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。但是如果我們用一個(gè)編譯過(guò)的代碼對(duì)象調(diào)用 eval()，那么該函數(shù)只執(zhí)行計(jì)算步驟，如果我們用相同的輸入多次調(diào)用 eval()，這就非常方便了。

Python的 eval() 的定義如下。

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

該函數(shù)需要一個(gè)第一個(gè)參數(shù)，稱為expression，它包含了需要計(jì)算的表達(dá)式。eval()還需要兩個(gè)可選參數(shù)。

1. globals

2. locals

在接下來(lái)的內(nèi)容中，我們將學(xué)習(xí)這些參數(shù)是什么，以及 eval() 如何使用它們來(lái)即時(shí)計(jì)算Python 表達(dá)式。

請(qǐng)注意：Python代碼可以通過(guò)exec()[3]來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)執(zhí)行。eval() 和 exec() 的主要區(qū)別是，eval() 只能執(zhí)行或計(jì)算表達(dá)式，而 exec() 可以執(zhí)行任何一段 Python代碼。

第一個(gè)參數(shù)：expression

eval() 的第一個(gè)參數(shù)稱為 expression，它是一個(gè)必需的參數(shù)，用于保存函數(shù)的 基于字符串 或 基于編譯碼的 輸入。使用 eval() 函數(shù)時(shí)，Python 將計(jì)算 expression 作為一條表達(dá)式。下面是使用基于字符串的輸入的例子。

>>> eval("2 ** 8")
256
>>> eval("1024 + 1024")
2048
>>> eval("sum([8, 16, 32])")
56
>>> x = 100
>>> eval("x * 2")
200

當(dāng)用一個(gè)字符串作為參數(shù)調(diào)用 eval() 時(shí)，該函數(shù)返回對(duì)輸入字符串進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。默認(rèn)情況下，eval()可以訪問(wèn)全局變量名，如上例中的x。

為了計(jì)算一個(gè)基于字符串的表達(dá)式，Python 的 eval() 運(yùn)行以下步驟。

1. 解析表達(dá)式

2. 將其編譯為字節(jié)碼

3. 將其作為一個(gè)Python表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算

4. 返回計(jì)算的結(jié)果

函數(shù)eval()的第一個(gè)參數(shù)expression強(qiáng)調(diào)了它僅用于表達(dá)式，而不是復(fù)合語(yǔ)句[4]。Python 文檔對(duì) expression 的定義如下。

expression

一段可以被計(jì)算為某種值的語(yǔ)法。表達(dá)式是由多個(gè)元素構(gòu)成的，這些元素包括字面意義、名稱、屬性訪問(wèn)、運(yùn)算符或函數(shù)調(diào)用等，它們的累積結(jié)果是一個(gè)值。與許多其他語(yǔ)言相比，并非所有的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)都是表達(dá)式。也有一些語(yǔ)句不能作為表達(dá)式使用，如 while。此外賦值也是語(yǔ)句，不是表達(dá)式。

另一方面，Python statement 有如下定義。

statement

Statement is a part of a suite (a block of code).。statement要么是一個(gè)表達(dá)式，要么是帶有關(guān)鍵字的幾個(gè)結(jié)構(gòu)體之一，如 if、while或for。

如果向eval()傳遞一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句，那么會(huì)得到一個(gè) SyntaxError。下面的例子是用eval()來(lái)執(zhí)行一個(gè)if語(yǔ)句。

>>> x = 100
>>> eval("if x: print(x)")
File "", line 1
if x: print(x)
^
SyntaxError: invalid syntax

上面報(bào)錯(cuò)是因?yàn)?eval() 只接受表達(dá)式。如果使用任何其他語(yǔ)句，例如if、for、while、import、def或class，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

注意： for 循環(huán)是一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句，但是 for 關(guān)鍵字也可以用在推導(dǎo)式中，此時(shí)它被認(rèn)為是表達(dá)式。For loop keywords can be used in comprehension expressions and evaluated using eval().。

eval()也不允許進(jìn)行賦值操作。

>>> eval("pi = 3.1416")
File "", line 1
pi = 3.1416
 ^
SyntaxError: invalid syntax

當(dāng)我們將賦值操作作為 eval() 的參數(shù)時(shí)，會(huì)發(fā)生語(yǔ)法錯(cuò)誤(SyntaxError)。賦值操作是語(yǔ)句，而不是表達(dá)式，語(yǔ)句不允許與 eval() 一起使用。

如果輸入的表達(dá)式無(wú)法被解析器理解，那么可能會(huì)觸發(fā) SyntaxError。在下面的例子中計(jì)算一個(gè)違反 Python 語(yǔ)法的表達(dá)式。

>>> # Incomplete expression
>>> eval("5 + 7 *")
File "", line 1
5 + 7 *
^
SyntaxError: unexpected EOF while parsing

所以，不能把一個(gè)違反 Python 語(yǔ)法的表達(dá)式傳給 eval() 。在上面的例子中，我們嘗試計(jì)算一個(gè)不完整的表達(dá)式 ("5 + 7 *") 時(shí)拋出一個(gè) SyntaxError，因?yàn)榉治銎鞑焕斫獗磉_(dá)式的語(yǔ)法。

我們也可以把已編譯的代碼對(duì)象傳遞給 eval() 。因此可以使用函數(shù) compile()[7] ，一個(gè)內(nèi)置函數(shù)，可以將輸入的字符串編譯成代碼對(duì)象[8] 或 AST 對(duì)象[9]，這樣就可以用 eval() 來(lái)計(jì)算它。

如何使用compile()的細(xì)節(jié)超出了本文的范圍，但這里可以快速了解一下它的前三個(gè)必要參數(shù)。

source保存我們要編譯的源代碼。這個(gè)參數(shù)可以接受普通字符串、字節(jié)字符串[10]和AST對(duì)象。

filename給出讀取代碼的文件。如果我們要使用一個(gè)基于字符串的輸入，那么這個(gè)參數(shù)的值應(yīng)該是""。

mode指定了我們想得到哪種編譯后的代碼。如果要使用eval()來(lái)處理編譯后的代碼，需要將參數(shù)設(shè)置為"eval"。

我們可以使用 compile() 向eval()提供代碼對(duì)象，而不是普通的字符串。

>>> # 算術(shù)運(yùn)算
>>> code = compile("5 + 4", "", "eval")
>>> eval(code)
9
>>> code = compile("(5 + 7) * 2", "", "eval")
>>> eval(code)
24
>>> import math
>>> # 一個(gè)球體的體積
>>> code = compile("4 / 3 * math.pi * math.pow(25, 3)", "", "eval")
>>> eval(code)
65449.84694978735

當(dāng)我們通過(guò) compile() 進(jìn)行表達(dá)式編譯后，eval() 將按照以下順序執(zhí)行。

1. 計(jì)算編譯后的代碼

2. 返回計(jì)算的結(jié)果

如果使用編譯碼為輸入并調(diào)用 eval()，那么該函數(shù)將執(zhí)行操作并立即返回結(jié)果。當(dāng)需要多次計(jì)算同一個(gè)表達(dá)式時(shí)，這可能很方便。為了最佳效果，在接下來(lái)的 eval() 調(diào)用中，最好預(yù)先編譯表達(dá)式并重用所生成的字節(jié)碼。

預(yù)編譯輸入表達(dá)式后連續(xù)多次調(diào)用eval()的執(zhí)行速度更快，因?yàn)槭÷粤酥貜?fù)的解析和編譯步驟。當(dāng)計(jì)算復(fù)雜的表達(dá)式時(shí)，不必要的重復(fù)計(jì)算會(huì)大大增加CPU時(shí)間和內(nèi)存消耗。

第二個(gè)參數(shù)：globals

eval() 的第二個(gè)參數(shù) globals，可選的，字典類型，為 eval() 提供一個(gè)全局命名空間。使用 globals 可以指定在 eval() 計(jì)算表達(dá)式時(shí)使用哪些全局變量名。

全局變量名是所有那些在當(dāng)前全局范圍或命名空間中可用的變量名?？梢詮拇a的任何地方訪問(wèn)它們。

所有在 globals 中傳遞給字典的名稱都可以在 eval() 執(zhí)行時(shí)提供。下面是一個(gè)例子，展示如何利用自定義字典為 eval() 提供全局命名空間。

>>> x = 100# 一個(gè)全局變量
>>> eval("x + 100", {"x": x})
200
>>> y = 200# 另一個(gè)全局變量
>>> eval("x + y", {"x": x})
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, inFile "", line 1, inNameError: name 'y' is not defined

如果為 eval() 的 globals 參數(shù)提供一個(gè)自定義字典，那么 eval() 將只接受這些名字作為 globals。在這個(gè)自定義字典之外定義的任何全局變量名都不能從 eval() 內(nèi)部訪問(wèn)。這就是為什么當(dāng)你試圖在上述代碼中訪問(wèn) y 時(shí)，Python 會(huì)引發(fā)一個(gè) NameError。傳遞給 globals 的字典不包括 y。

可以通過(guò)在字典中列出名字來(lái)插入 globals，然后這些名字在求值過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)。例如，如果在 globals 中插入了 y，那么在上面的例子中對(duì) "x + y" 的求值將如期進(jìn)行。

>>> eval("x + y", {"x": x, "y": y})
300

因?yàn)榘?y 添加到了自定義 globals 字典中，所以成功計(jì)算 "x + y" 的值，得到的預(yù)期返回值 300。

我們也可以提供不存在于當(dāng)前全局范圍的變量名。此時(shí)需要為每個(gè)名字提供一個(gè)具體的值。eval()在運(yùn)行時(shí)將把這些變量名解釋為全局變量名。

>>> eval("x + y + z", {"x": x, "y": y, "z": 300})
600
>>> z
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, inNameError: name 'z' is not defined

盡管z沒(méi)有在當(dāng)前的全局范圍內(nèi)定義，但是這個(gè)變量在全局中的值是300，此時(shí)eval()可以訪問(wèn)z，就像它是一個(gè)全局變量一樣。

globals 背后的機(jī)制是相當(dāng)靈活的，可以向 globals 傳遞任何可見(jiàn)的變量（全局、局部、或者非局部）。還可以傳遞自定義的鍵值對(duì)，比如上面例子中的 "z": 300，那么eval() 將把它們?nèi)孔鳛槿肿兞刻幚怼?/p>

關(guān)于 globals 中的注意事項(xiàng)，如果我們提供給它的自定義字典不包含鍵值 "__builtins__"，那么在表達(dá)式被解析之前，對(duì)內(nèi)置字典的引用將自動(dòng)插入 "__builtins__" 下面。這可以確保 eval() 在計(jì)算表達(dá)式時(shí)可以完全訪問(wèn)所有的 Python 內(nèi)置變量名。

下面的例子表明，即使給 globals 提供了一個(gè)空的字典，對(duì) eval() 的調(diào)用仍然可以訪問(wèn) Python 的內(nèi)置變量名。

>>> eval("sum([2, 2, 2])", {})
6
>>> eval("min([1, 2, 3])", {})
1
>>> eval("pow(10, 2)", {})
100

我們已經(jīng)提供了一個(gè)空字典 ({}) 給 globals 在上述代碼中。由于這個(gè)字典不包含一個(gè)叫做 "__builtins__" 的鍵，Python 會(huì)自動(dòng)插入一個(gè)指向 builtins 中名字的引用。通過(guò)這種方式，eval() 能夠完全獲取到所有 Python 內(nèi)置名稱，以便解析表達(dá)式。

如果調(diào)用 eval() 而沒(méi)有將自定義字典傳遞給 globals ，那么參數(shù)將默認(rèn)為在調(diào)用 eval()的環(huán)境中 globals() 返回的字典:

>>> x = 100#一個(gè)全局變量
>>> y = 200# 另一個(gè)全局變量
>>> eval("x + y")# 訪問(wèn)兩個(gè)全局變量
300

當(dāng)調(diào)用 eval() 而不提供 globals 參數(shù)時(shí)，該函數(shù)使用 globals() 返回的字典作為其全局命名空間來(lái)計(jì)算表達(dá)式。在上述示例中，x和y是全局變量，在當(dāng)前的全局范圍內(nèi)可以隨意訪問(wèn)。

第三個(gè)參數(shù)：locals

Python 的函數(shù) eval() 可以通過(guò)第三個(gè)可選參數(shù) locals 傳入一個(gè)字典類型的參數(shù)。此時(shí)這個(gè)字典包含了 eval() 在計(jì)算表達(dá)式時(shí)作為局部變量名使用的變量。

我們?cè)谝粋€(gè)函數(shù)內(nèi)定義的名稱（變量、函數(shù)、類等等）就是局部變量名。局部名稱只在封閉的函數(shù)內(nèi)可見(jiàn)。我們?cè)诰帉懞瘮?shù)時(shí)定義這些變量名。

在 eval() 的代碼或局部范圍內(nèi)添加局部變量名是不允許的，因?yàn)?eval() 已經(jīng)被編寫完成?？梢酝ㄟ^(guò)將字典傳遞給locals，讓eval()將這些名稱視為本地名稱。

>>> eval("x + 100", {}, {"x": 100})
200
>>> eval("x + y", {}, {"x": 100})
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, inFile "", line 1, inNameError: name 'y' is not defined

第一個(gè)調(diào)用 eval() 的第二個(gè)字典保存了變量 x。這個(gè)變量被 eval() 解釋為一個(gè)局部變量。換句話說(shuō)，它被看作是在 eval() 中定義的一個(gè)變量。

我們可以在表達(dá)式中使用 x，并且 eval() 可以訪問(wèn)它。相反，如果使用y，那么會(huì)得到一個(gè) NameError，因?yàn)閥沒(méi)有定義在 globals 命名空間或 locals 命名空間。

和 globals 一樣，可以向 locals 傳遞任何可見(jiàn)的變量（全局、局部或非局部）。也可以傳遞自定義的鍵值對(duì)，比如 "x"。eval()將把它們?nèi)孔鳛榫植孔兞刻幚怼?/p>

注意，要給 locals 提供一個(gè)字典，首先需要給 globals 提供一個(gè)字典。不能在 eval() 中使用關(guān)鍵字參數(shù)。

>>> eval("x + 100", locals={"x": 100})
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, inTypeError: eval() takes no keyword arguments

若在使用關(guān)鍵字參數(shù)來(lái)調(diào)用 eval()，則會(huì)引發(fā) TypeError 異常。這是因?yàn)?eval() 不接受關(guān)鍵字參數(shù)，所以在提供 locals 字典之前，需要先提供一個(gè) globals 字典。

如果沒(méi)有傳遞字典給 locals 參數(shù)，它將默認(rèn)使用傳遞給 globals 參數(shù)的字典。這里有一個(gè)例子，給 globals 傳遞了一個(gè)空的字典，而 locals 沒(méi)有傳遞任何值。

>>> x = 100
>>> eval("x + 100", {})
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, inFile "", line 1, inNameError: name 'x' is not defined

如果沒(méi)有為locals參數(shù)提供自定義字典，則它將默認(rèn)傳遞給globals參數(shù)的字典。因?yàn)?globals 持有空字典，所以現(xiàn)在無(wú)法通過(guò) eval() 訪問(wèn) x。

globals 和 locals 之間的主要實(shí)際區(qū)別是，如果"__builtins__"鍵不存在，Python 會(huì)自動(dòng)插入 globals 中。這個(gè)事件將會(huì)發(fā)生，不論我們是否提供一個(gè)定制的字典給 globals。此外，如果我們給 locals 提供了一個(gè)自定義的字典，那么在執(zhí)行 eval() 的過(guò)程中，這個(gè)字典將保持不變。

用 eval() 計(jì)算表達(dá)式

我們可以使用Python的eval()來(lái)計(jì)算任何一種Python表達(dá)式，但不包括Python語(yǔ)句，如基于關(guān)鍵字的復(fù)合語(yǔ)句或賦值語(yǔ)句。

當(dāng)我們需要?jiǎng)討B(tài)地計(jì)算表達(dá)式，而使用其它 Python 技術(shù)或工具會(huì)大大增加我們的開(kāi)發(fā)時(shí)間和精力時(shí)，eval() 可以很方便。

在這一節(jié)中，我們將學(xué)習(xí)如何使用 Python 的 eval() 來(lái)計(jì)算布爾、數(shù)學(xué)和通用的 Python 表達(dá)式。

布爾表達(dá)式

布爾表達(dá)式 是Python表達(dá)式，當(dāng)解釋器對(duì)其進(jìn)行計(jì)算時(shí)返回一個(gè)真值(True 或者 False)。它們通常用在if語(yǔ)句中，以檢查某些條件是否為真或假。由于布爾表達(dá)式不是復(fù)合語(yǔ)句，我們可以使用eval()來(lái)計(jì)算它們。

>>> x = 100
>>> y = 100
>>> eval("x != y")
False
>>> eval("x < 200 and y > 100")
False
>>> eval("x is y")
True
>>> eval("x in {50, 100, 150, 200}")
True

我們可以用 eval() 來(lái)處理使用以下任何Python運(yùn)算符的布爾表達(dá)式。

• 值比較運(yùn)算符：< , > ,

  <=,>=, ==, !=

• 邏輯（布爾）運(yùn)算符：and,or,not

• 成員測(cè)試運(yùn)算符：in,not in

• 身份運(yùn)算符：is,is not

在所有情況下，該函數(shù)都會(huì)返回正在計(jì)算的表達(dá)式的真值。

我們思考，為什么我應(yīng)該使用eval()而不是直接使用布爾表達(dá)式呢？假設(shè)需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)條件語(yǔ)句，但我們想臨時(shí)改變條件。

>>> def func(a, b, condition):
... if eval(condition):
... return a + b
... return a - b
...
>>> func(2, 4, "a > b")
-2
>>> func(2, 4, "a < b")
6
>>> func(2, 2, "a is b")
4

Func() calculates the supplied condition using eval(), and returns a+b or a-b based on the result of the calculation.。在上面的例子中，只使用了幾個(gè)不同的條件，但還可以使用任何數(shù)量的其他條件，只要堅(jiān)持使用我們?cè)趂unc()中定義的名稱a和b。

現(xiàn)在想象一下，如果不使用Python的eval()，我們將如何實(shí)現(xiàn)這樣的東西。那會(huì)花更少的代碼和時(shí)間嗎？不可能！

數(shù)學(xué)表達(dá)式

常見(jiàn)的Python eval()用例之一是用于計(jì)算基于字符串的數(shù)學(xué)表達(dá)式。舉個(gè)例子，我們可以創(chuàng)建一個(gè) Python 計(jì)算器，利用 eval() 對(duì)用戶輸入進(jìn)行計(jì)算，并返回結(jié)果。

下面的例子演示了如何使用eval()與數(shù)學(xué)一起進(jìn)行math運(yùn)算。

>>> # Arithmetic operations
>>> eval("5 + 7")
12
>>> eval("5 * 7")
35
>>> eval("5 ** 7")
78125
>>> eval("(5 + 7) / 2")
6.0
>>> import math
>>> # 一個(gè)圓的面積
>>> eval("math.pi * pow(25, 2)")
1963.4954084936207
>>> # 球體的體積
>>> eval("4 / 3 * math.pi * math.pow(25, 3)")
65449.84694978735
>>> # 直角三角形的斜邊
>>> eval("math.sqrt(math.pow(10, 2) + math.pow(15, 2))")
18.027756377319946

當(dāng)我們使用eval()來(lái)計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)式時(shí)，我們可以傳入任何種類或復(fù)雜程度的表達(dá)式，eval()會(huì)解析它們，計(jì)算它們，如果一切正常，就會(huì)給我們預(yù)期結(jié)果。

通用表達(dá)式

前面我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何在布爾和 math 表達(dá)式中使用 eval() 。然而，我們可以在更復(fù)雜的 Python 表達(dá)式中使用 eval() ，這些表達(dá)式包括函數(shù)調(diào)用、對(duì)象創(chuàng)建、屬性訪問(wèn)、列表推導(dǎo)式等等。

例如，可以調(diào)用一個(gè)內(nèi)置函數(shù)或用標(biāo)準(zhǔn)或第三方模塊導(dǎo)入的函數(shù)。

>>> # 運(yùn)行echo命令
>>> import subprocess
>>> eval("subprocess.getoutput('echo Hello, World')")
'Hello, World'
>>> # 啟動(dòng)Firefox（如果有的話）
>>> eval("subprocess.getoutput('firefox')")
''

在這個(gè)例子中，我們使用 Python 的 eval() 函數(shù)來(lái)執(zhí)行一些操作系統(tǒng)命令。我們可以用這個(gè)功能做大量有用的事情。然而，eval()也會(huì)有一些嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，比如允許一個(gè)惡意的用戶在我們的機(jī)器中運(yùn)行系統(tǒng)命令或任何任意的代碼。

以上是怎么使用Python eval函數(shù)的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！