Python中的RAII - 离开作用域时自动销毁

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数据工程师

提问于 2025-04-16 12:14

我一直在尝试在Python中找到RAII的用法。资源分配即初始化（RAII）是C++中的一种模式，意思是对象在创建时就会被初始化。如果初始化失败，就会抛出一个异常。这样，程序员就能确保对象不会处于半成品的状态。Python也能做到这一点。

但是RAII还利用了C++的作用域规则，确保对象能及时被销毁。一旦变量从栈中弹出，它就会被销毁。在Python中也可能发生这种情况，但前提是没有外部引用或循环引用。

更重要的是，一个对象的名字会一直存在，直到它所在的函数结束（有时甚至更久）。模块级别的变量会在模块的整个生命周期内存在。

我希望如果我做了这样的事情，能得到一个错误提示：

for x in some_list:
    ...

... 100 lines later ...

for i in x:
    # Oops! Forgot to define x first, but... where's my error?
    ...

我可以在使用完变量后手动删除它的名字，但这样做会很麻烦，还需要我额外花时间去做。

我希望在这种情况下能做到我想要的效果：

for x in some_list:
    surface = x.getSurface()
    new_points = []
    for x,y,z in surface.points:
        ...     # Do something with the points
        new_points.append( (x,y,z) )
    surface.points = new_points
    x.setSurface(surface)

Python确实有一些作用域的概念，但不是在缩进级别上，而是在函数级别上。为了让变量有作用域，我需要新建一个函数来重用名字，这听起来有点傻。

Python 2.5引入了“with”语句，但这需要我明确地写入__enter__和__exit__函数，通常更倾向于清理像文件和互斥锁这样的资源，而不管退出的方式。这对作用域没有帮助。难道我漏掉了什么吗？

我搜索了“Python RAII”和“Python scope”，但没有找到直接且权威地解决这个问题的内容。我查看了所有的PEP，似乎在Python中并没有涉及这个概念。

我想在Python中有作用域变量，是不是很糟糕？这是不是太不符合Python的风格了？

我是不是没有理解这个问题？

也许我在试图剥夺这个语言动态特性的好处。想要强制作用域是不是自私？

我想让编译器/解释器抓住我不小心重用变量的错误，是不是懒惰？当然，我是懒惰，但这种懒惰算不算坏呢？

异常处理对象生命周期作用域动态特性资源管理 with语句循环引用 raii

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但是RAII（资源获取即初始化）也利用C++的作用域规则，确保对象能及时被销毁。

在使用垃圾回收（GC）的编程语言中，这个问题被认为不太重要，因为这些语言的设计理念是内存是可以互换的。只要其他地方还有足够的内存可以用来分配新对象，就没有必要急着回收一个对象的内存。像文件句柄、套接字和互斥锁这样的非可互换资源被视为特殊情况，需要特别处理（例如，使用with语句）。这与C++的模型不同，C++将所有资源都视为相同。

一旦变量从栈中弹出，它就会被销毁。

Python没有栈变量。在C++的说法中，所有的东西都是shared_ptr。

Python确实有作用域，但不是在缩进级别，而是在函数级别。要求我为了作用域而新建一个函数，这听起来很傻，因为这样我才能重用一个名字。

它在生成器推导式的层面上也有作用域（在3.x版本中，所有的推导式都有）。

如果你不想覆盖你的for循环变量，就不要用太多的for循环。特别是，在循环中使用append是不符合Python风格的。与其这样：

new_points = []
for x,y,z in surface.points:
    ...     # Do something with the points
    new_points.append( (x,y,z) )

不如写成：

new_points = [do_something_with(x, y, z) for (x, y, z) in surface.points]

或者

# Can be used in Python 2.4-2.7 to reduce scope of variables.
new_points = list(do_something_with(x, y, z) for (x, y, z) in surface.points)

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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你说得对，with 这个东西和变量的作用域完全没有关系。
如果你觉得全局变量会带来问题，那就尽量避免使用它们。这也包括模块级别的变量。
在Python中，隐藏状态的主要工具是类。
生成器表达式（在Python 3中，列表推导式也是如此）有自己独立的作用域。
如果你的函数太长，以至于你开始搞不清楚局部变量的情况，那你可能需要重构一下你的代码。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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总结一下：RAII（资源获取即初始化）在这里是行不通的，你可能把它和一般的作用域搞混了。当你错过那些额外的作用域时，可能是你在写糟糕的代码。

也许我没理解你的问题，或者你对Python的一些基本概念不太清楚……首先，在垃圾回收的语言中，和作用域相关的确定性对象销毁是不可能的。Python中的变量只是对对象的引用。你不会希望一个用malloc分配的内存块在指向它的指针超出作用域后立刻被free掉吧？在某些情况下，如果你使用引用计数，可能会有例外，但没有哪个语言会把具体的实现写死。

即使你有引用计数，比如在CPython中，这也是一种实现细节。一般来说，包括Python在内的各种实现并不使用引用计数，你应该假设每个对象会一直存在，直到内存用完。

至于在函数调用期间名字的存在：你可以通过del语句从当前或全局作用域中删除一个名字。不过，这和手动内存管理没有关系。它只是删除了引用。这可能会触发被引用对象的垃圾回收，但这并不是重点。

如果你的代码足够长，以至于会引发名字冲突，那你应该写更小的函数，并使用更具描述性、不容易冲突的名字。嵌套循环覆盖外部循环的迭代变量也是一样：我还没遇到过这个问题，也许是因为你的名字不够描述性，或者你应该把这些循环拆开？

你说得对，with和作用域没有关系，只是和确定性清理有关（所以在结果上和RAII有重叠，但在实现方式上没有）。

也许我在试图剥夺语言动态特性的好处。想要强制作用域是否自私？

不是的。合理的词法作用域是一个独立于动态或静态的优点。诚然，Python（2到3基本上解决了这个问题）在这方面有一些弱点，主要是在闭包的领域。

但要解释“为什么”：Python必须在开始新作用域时保持保守，因为如果没有声明说明，否则对名字的赋值会使其成为最内层/当前作用域的局部变量。所以例如，如果一个for循环有自己的作用域，你就不能轻易修改循环外的变量。

我想让编译器/解释器抓住我不小心重用变量的错误，是不是懒惰？当然，我懒惰，但我这种懒惰算不算坏呢？

再说一次，我认为意外重用名字（以引入错误或陷阱的方式）是很少见的，而且影响也不大。

编辑：为了尽可能清楚地重申这一点：

在使用垃圾回收的语言中，不能有基于栈的清理。 这从定义上来说就是不可能的：一个变量可能是指向堆上对象的多个引用之一，它们既不知道也不关心变量何时超出作用域，所有的内存管理都在垃圾回收器手中，它在自己想的时候运行，而不是在栈帧弹出时。资源清理是用不同的方式解决的，见下文。
确定性清理通过with语句发生。 是的，它并不会引入新的作用域（见下文），因为这不是它的目的。被管理对象绑定的名字是否被移除并不重要——清理仍然发生，剩下的只是一个“别碰我，我不能用了”的对象（例如，一个关闭的文件流）。
Python每个函数、类和模块都有一个作用域。就是这样。 这就是语言的工作方式，无论你喜欢与否。如果你想要/“需要”更细粒度的作用域，就把代码拆分成更细的函数。你可能希望有更细粒度的作用域，但实际上并没有——而且之前提到的原因（在“编辑”之前的三段）也解释了这一点。喜欢与否，这就是语言的工作方式。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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