Python模块初始化顺序？

Question

我是一名刚接触Python的新手，之前学的是C++。虽然我知道用我以前的C++知识去找Python中的对应概念并不是很“Pythonic”，但我觉得这个问题还是值得问的：

在C++中，有一个大家都知道的问题叫做全局/静态变量初始化顺序混乱。这是因为C++无法决定在不同的编译单元中，哪个全局或静态变量会先被初始化。因此，如果一个全局或静态变量依赖于另一个在不同编译单元中的变量，可能会出现先初始化依赖的变量，而后初始化被依赖的变量的情况。这样，当依赖的变量开始使用另一个变量提供的服务时，就会出现未定义的行为。我在这里不想深入讨论C++是如何解决这个问题的。:)

在Python中，我确实看到有使用全局变量的情况，甚至跨不同的.py文件。我看到的一个典型用法是：在一个.py文件中初始化一个全局对象，而在其他.py文件中，代码就毫不犹豫地开始使用这个全局对象，假设它一定在别的地方被初始化了。对于我来说，这在C++中是绝对不可接受的，因为我刚才提到的问题。

我不确定这种用法在Python中是否是常见的做法（是否“Pythonic”），Python一般是如何解决这种全局变量初始化顺序的问题的？

Answer 1

在Python中，当你导入一个模块时，它会从头到尾执行这个模块的代码。之后再导入同一个模块时，其实只是拿到了之前已经存在的引用，即使这个模块还在导入过程中（比如因为循环导入的情况）。在循环导入之前已经初始化的模块属性（其实就是模块里的“全局变量”）仍然会存在。

main.py:

import a

a.py:

var1 = 'foo'
import b
var2 = 'bar'

b.py:

import a
print a.var1 # works
print a.var2 # fails

Answer 2

在C++中，有一个著名的问题叫做全局/静态变量初始化顺序混乱。这是因为C++无法决定在不同的编译单元中，哪个全局或静态变量会先被初始化。

我觉得这个说法突出了Python和C++之间的一个关键区别：在Python中，没有不同的编译单元。我的意思是，在C++中（你应该知道），两个不同的源文件可能会完全独立地编译，因此如果你比较文件A中的一行和文件B中的一行，就没有任何东西能告诉你哪个会先放到程序中。这有点像多个线程的情况：你无法确定线程1中的某个语句会在线程2中的某个语句之前还是之后执行。可以说，C++程序是并行编译的。

相反，在Python中，执行是从一个文件的顶部开始的，并且按照文件中每个语句的明确顺序进行，在导入其他文件的地方分支出去。实际上，你几乎可以把import指令看作是#include，这样你就可以识别程序中所有源文件中所有代码行的执行顺序。（嗯，这比这要复杂一点，因为模块实际上只有在第一次被导入时才会真正执行，还有其他原因。）如果说C++程序是并行编译的，那么Python程序则是串行解释的。

你的问题还涉及到Python中模块的更深层含义。Python模块——也就是单个.py文件中的所有内容——实际上是一个对象。在单个源文件中声明的所有“全局”范围的内容，实际上都是该模块对象的属性。在Python中没有真正的全局范围。（Python程序员常常说“全局”，实际上语言中确实有一个global关键字，但它总是指当前模块的顶层。）我能理解从C++背景过来的人可能会觉得这个概念有点奇怪。对我来说，从Java过来也需要一些适应，而在这方面，Java和Python比C++更相似。（Java中也没有全局范围）

我想提到的是，在Python中，使用一个变量而不知道它是否已经被初始化/定义是完全正常的。嗯，可能不算正常，但在适当的情况下至少是可以接受的。在Python中，尝试使用一个未定义的变量会引发NameError；你不会像在C或C++中那样得到任意的行为，因此你可以轻松处理这种情况。你可能会看到这样的模式：

try:
    duck.quack()
except NameError:
    pass

如果duck不存在，它什么都不做。实际上，你更常见到的是

try:
    duck.quack()
except AttributeError:
    pass

如果duck没有名为quack的方法，它什么都不做。（AttributeError是当你尝试访问一个对象的属性，但该对象没有这个属性时会出现的错误。）这就是Python中的类型检查：我们认为如果我们只需要鸭子叫，我们可以直接让它叫，如果它叫了，我们就不在乎它是否真的是真正的鸭子。（这被称为鸭子类型；-）