Python: 浅析 return 和 finally 共同挖的坑

初识 return

  相信每一个用过Python函数的童鞋, 肯定会用过return语句, return顾名思义, 就是用来返回值给调用者, 例如:

def test():
    a = 2
    return a

s = test()
print s

# 输出结果
2

对于上面的结果, 相信大家都不会感到意外, 那么加大点难度, 如果在return语句还有代码呢? 那句代码会怎样呢?

def test():
    a = 2
    return a
    s = 3
    print s

s = test()
print s

# 结果是什么?

老司机肯定一眼就能看出结果, 但是对于尚在入门或者对return不很了解的童鞋, 可能就会懵逼了~ 后面的两句代码是否会被执行? 答案是: 不会执行

return正如它的名字那样, 当执行这句代码, 整个函数都会返回, 整个调用就算结束了~ 所以在return后面的代码, 都是不会被执行的!   也正因为这个特性, 所以有种编码规范叫early return的编码规范就被倡导

它的意思大概就是: 当条件已经满足返回时, 就马上返回 举个例子来说明:

def test():
    a = 2
    if a > 2:
        result = 'more than'
    else:
        result = 'less than'
    return result

s = test()
print s

上面的代码应该比较容易理解, 就是根据a的值, 来决定返回的result是什么. 这样的编码相信也是大部分童鞋喜欢用的, 因为这样比较符合我们直觉, 然而, 这样写似乎有点浪费, 因为当第一个判断结束了, 如果结果为真, 就应该返回more than, 然后结束函数, 否则肯定就是返回less than, 所以我们可以把代码调整成这样:

def test():
    a = 2
    if a > 2:
        return 'more than'
    else:
        return 'less than'

s = test()
print s

甚至是:

def test():
    a = 2
    if a > 2:
        return 'more than'
    return 'less than'

s = test()
print s

结果都是和第一个写法是一样的! 第一次看到这样写法的童鞋, 可能会觉得比较难以接受, 甚至觉得可读性很差, 但是其实这样的写法, 我觉得反而会稍微好点. 因为:

  1. 运行的代码数少了, 调用方能更快得到结果
  2. 有利于减少嵌套的层数, 便于理解.

对于第2点在这需要解释下, 很多时候我们写得代码, 嵌套很深, 都是因为if/else的锅, 因为嵌套的if/else 比较多, 所以导致一堆代码都嵌套得比较深, 这样对于其他小伙伴, 简直就是灾难, 因为他们很可能在阅读这部分代码时, 就忘了前面的逻辑.... 为了更加容易理解, 举个代码例子:

def test():
    a = 2
    if a > 2:
        result = 'not 2'
    else:
        a += 2
        if a < 2:
            result = 'not 2'
        else:
            for i in range(2):
                print 'test ~'
            result = 'Target !'
    return result

s = test()
print s

# 输出结果
test ~
test ~
Target !

代码简化优化版:

def test():
    a = 2
    if a > 2:
        return 'not 2'
    
    a += 2
    if a < 2:
        return 'not 2'
    
    for i in range(2):
        print 'test ~'

    return 'Target !'

s = test()
print s

# 输出结果
test ~
test ~
Target !

这样对比这来看, 应该能更好地理解为什么说early return能够减少嵌套的层数吧~ 有疑问欢迎留言讨论~

谈谈深坑

刚才花了比较长的篇幅去介绍return, 相信看到这里, 对于return应该有比较基本的理解了! 所以来聊聊更加迷惑的话题:

当 return 遇上 try..finally, 会怎样呢?

如果刚才有认真看的话, 会注意到一句话, 就是:

return 代表整个函数返回, 函数调用算结束

但事实真的这样吗? 通常这样问, 答案一般都不是 ~~ 先来看看例子:

def test():
    try:
        a = 2
        return a
    except:
        pass

    finally:
        print 'finally'

s = test()
print s

可以猜猜这句print a会不会打印? 相信很多童鞋都想了一会, 然后说不会~ 然而这个答案是错的, 真正的输出是:

finally
2

有木有觉得仿佛看见了新大陆, 在一开始的例子中, return后面的语句没有被执行, 但是在这里, 相隔那么远, 却依旧没有忘记, 这或许就是"真爱"吧!

然而就是因为这种"真爱", 总是会让一堆新老司机掉坑里..然后还不知道为毛..

为了避免它们再继续借用打着"真爱"的幌子, 欺负我们, 让我们一起来揭开这"真爱"的真面目!

于是, 我们得借助偷窥神器: dis, 想想都有点小兴奋!

import dis
def test():
    try:
        a = 2
        return a
    except:
        pass

    finally:
        print 'finally'

print dis.dis(test)

输出比较长, 单独写:

# 输出结果
  6           0 SETUP_FINALLY           28 (to 31)
              3 SETUP_EXCEPT            14 (to 20)

  7           6 LOAD_CONST               1 (2)
              9 STORE_FAST               0 (a)

  8          12 LOAD_FAST                0 (a)
             15 RETURN_VALUE        
             16 POP_BLOCK           
             17 JUMP_FORWARD             7 (to 27)

  9     >>   20 POP_TOP             
             21 POP_TOP             
             22 POP_TOP             

 10          23 JUMP_FORWARD             1 (to 27)
             26 END_FINALLY         
        >>   27 POP_BLOCK           
             28 LOAD_CONST               0 (None)

 13     >>   31 LOAD_CONST               2 ('finally')
             34 PRINT_ITEM          
             35 PRINT_NEWLINE       
             36 END_FINALLY         
             37 LOAD_CONST               0 (None)
             40 RETURN_VALUE  

这边简单说着这些列所代表的意思:

1. 第一列是代码在文件的行号
2. 第二列字节码的偏移量
3. 字节码的名字
4. 参数
5. 字节码处理参数最终的结果

在字节码中可以看到, 依次是SETUP_FINALLYSETUP_EXCEPT, 这个对应的就是finallytry,虽然finallytry后面, 虽然我们通常帮他们看成一个整体, 但是他们在实际上却是分开的... 因为我们重点是finally, 所以就单单看SETUP_FINALLY

// ceval.c
TARGET(SETUP_FINALLY)
        _setup_finally:
        {
            /* NOTE: If you add any new block-setup opcodes that
               are not try/except/finally handlers, you may need
               to update the PyGen_NeedsFinalizing() function.
               */

            PyFrame_BlockSetup(f, opcode, INSTR_OFFSET() + oparg,
                               STACK_LEVEL());
            DISPATCH();
        }


// fameobject.c
void
PyFrame_BlockSetup(PyFrameObject *f, int type, int handler, int level)
{
    PyTryBlock *b;
    if (f->f_iblock >= CO_MAXBLOCKS)
        Py_FatalError("XXX block stack overflow");
    b = &f->f_blockstack[f->f_iblock++];
    b->b_type = type;
    b->b_level = level;
    b->b_handler = handler;
}

从上面的代码, 很明显就能看出来, SETUP_FINALLY 就是调用下PyFrame_BlockSetup去创建一个Block, 然后为这个Block设置:

  1. b_type (opcode 也就是SETUP_FINALLY)
  2. b_level
  3. b_handler (INSTR_OFFSET() + oparg)

handler 可能比较难理解, 其实看刚才的 dis 输出就能看到是哪个, 就是 13 >> 31 LOAD_CONST 2 ('finally'), 这个箭头就是告诉我们跳转的位置的, 为什么会跳转到这句呢? 因为6 0 SETUP_FINALLY 28 (to 31)已经告诉我们将要跳转到31这个位置~~~

如果这个搞清楚了, 那就再来继续看 return, return对应的字节码是: RETURN_VALUE, 所以它对应的源码是:

// ceval.c
TARGET_NOARG(RETURN_VALUE)
        {
            retval = POP();
            why = WHY_RETURN;
            goto fast_block_end;
        }

原来我们以前理解的return是假return! 这个return并没有直接返回嘛, 而是将堆栈的值弹出来, 赋值个retval, 然后将why设置成WHY_RETURN, 接着就跑路了! 跑到一个叫fast_block_end;的地方~, 没办法, 为了揭穿真面目, 只好掘地三尺了:

while (why != WHY_NOT && f->f_iblock > 0) {
            fast_block_end:
        while (why != WHY_NOT && f->f_iblock > 0) {
            /* Peek at the current block. */
            PyTryBlock *b = &f->f_blockstack[f->f_iblock - 1];

            assert(why != WHY_YIELD);
            if (b->b_type == SETUP_LOOP && why == WHY_CONTINUE) {
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(PyInt_AS_LONG(retval));
                Py_DECREF(retval);
                break;
            }

            /* Now we have to pop the block. */
            f->f_iblock--;

            while (STACK_LEVEL() > b->b_level) {
                v = POP();
                Py_XDECREF(v);
            }
            if (b->b_type == SETUP_LOOP && why == WHY_BREAK) {
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(b->b_handler);
                break;
            }
            if (b->b_type == SETUP_FINALLY ||
                (b->b_type == SETUP_EXCEPT &&
                 why == WHY_EXCEPTION) ||
                b->b_type == SETUP_WITH) {
                if (why == WHY_EXCEPTION) {
                    PyObject *exc, *val, *tb;
                    PyErr_Fetch(&exc, &val, &tb);
                    if (val == NULL) {
                        val = Py_None;
                        Py_INCREF(val);
                    }
                    /* Make the raw exception data
                       available to the handler,
                       so a program can emulate the
                       Python main loop.  Don't do
                       this for 'finally'. */
                    if (b->b_type == SETUP_EXCEPT ||
                        b->b_type == SETUP_WITH) {
                        PyErr_NormalizeException(
                            &exc, &val, &tb);
                        set_exc_info(tstate,
                                     exc, val, tb);
                    }
                    if (tb == NULL) {
                        Py_INCREF(Py_None);
                        PUSH(Py_None);
                    } else
                        PUSH(tb);
                    PUSH(val);
                    PUSH(exc);
                }
                else {
                    if (why & (WHY_RETURN | WHY_CONTINUE))
                        PUSH(retval);
                    v = PyInt_FromLong((long)why);
                    PUSH(v);
                }
                why = WHY_NOT;
                JUMPTO(b->b_handler);
                break;
            }
        } /* unwind stack */

在这需要回顾下刚才的一些知识, 刚才我们看了return的代码, 看到它将why设置成了 WHY_RETURN, 所以在这么一大串判断中, 它只是走了最后面的else, 动作也很简单, 就是将刚才return储存的值retvalpush压回栈, 同时将why转换成long再压回栈, 然后有设置了下why,接着就是屁颠屁颠去执行刚才SETUP_FINALLY设置的b_handler代码了~ 当这这段bhandler代码执行完, 就再通过END_FINALLY去做回该做的事, 而这里就是, return retval

结论

所以, 我们应该能知道为什么当我们执行了return代码, 为什么finally的代码还会先执行了吧, 因为return的本质, 就是设置whyretval, 然后goto到一个大判断, 最后根据why的值去执行对应的操作! 所以可以说并不是真的实质性的返回. 希望我们往后再用到它们的时候, 别再掉坑里!

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