Doc/reference/executionmodel.rst

   1
   2 .. _execmodel:
   3
   4 ***************
   5 Execution model
   6 ***************
   7
   8 .. index:: single: execution model
   9
  10
  11 .. _naming:
  12
  13 Naming and binding
  14 ==================
  15
  16 .. index::
  17    pair: code; block
  18    single: namespace
  19    single: scope
  20
  21 .. index::
  22    single: name
  23    pair: binding; name
  24
  25 :dfn:`Names` refer to objects.  Names are introduced by name binding operations.
  26 Each occurrence of a name in the program text refers to the :dfn:`binding` of
  27 that name established in the innermost function block containing the use.
  28
  29 .. index:: single: block
  30
  31 A :dfn:`block` is a piece of Python program text that is executed as a unit.
  32 The following are blocks: a module, a function body, and a class definition.
  33 Each command typed interactively is a block.  A script file (a file given as
  34 standard input to the interpreter or specified on the interpreter command line
  35 the first argument) is a code block.  A script command (a command specified on
  36 the interpreter command line with the '**-c**' option) is a code block.  The
  37 file read by the built-in function :func:`execfile` is a code block.  The string
  38 argument passed to the built-in function :func:`eval` and to the :keyword:`exec`
  39 statement is a code block. The expression read and evaluated by the built-in
  40 function :func:`input` is a code block.
  41
  42 .. index:: pair: execution; frame
  43
  44 A code block is executed in an :dfn:`execution frame`.  A frame contains some
  45 administrative information (used for debugging) and determines where and how
  46 execution continues after the code block's execution has completed.
  47
  48 .. index:: single: scope
  49
  50 A :dfn:`scope` defines the visibility of a name within a block.  If a local
  51 variable is defined in a block, its scope includes that block.  If the
  52 definition occurs in a function block, the scope extends to any blocks contained
  53 within the defining one, unless a contained block introduces a different binding
  54 for the name.  The scope of names defined in a class block is limited to the
  55 class block; it does not extend to the code blocks of methods -- this includes
  56 generator expressions since they are implemented using a function scope.  This
  57 means that the following will fail::
  58
  59    class A:
  60        a = 42
  61        b = list(a + i for i in range(10))
  62
  63 .. index:: single: environment
  64
  65 When a name is used in a code block, it is resolved using the nearest enclosing
  66 scope.  The set of all such scopes visible to a code block is called the block's
  67 :dfn:`environment`.
  68
  69 .. index:: pair: free; variable
  70
  71 If a name is bound in a block, it is a local variable of that block. If a name
  72 is bound at the module level, it is a global variable.  (The variables of the
  73 module code block are local and global.)  If a variable is used in a code block
  74 but not defined there, it is a :dfn:`free variable`.
  75
  76 .. index::
  77    single: NameError (built-in exception)
  78    single: UnboundLocalError
  79
  80 When a name is not found at all, a :exc:`NameError` exception is raised.  If the
  81 name refers to a local variable that has not been bound, a
  82 :exc:`UnboundLocalError` exception is raised.  :exc:`UnboundLocalError` is a
  83 subclass of :exc:`NameError`.
  84
  85 .. index:: statement: from
  86
  87 The following constructs bind names: formal parameters to functions,
  88 :keyword:`import` statements, class and function definitions (these bind the
  89 class or function name in the defining block), and targets that are identifiers
  90 if occurring in an assignment, :keyword:`for` loop header, or in the second
  91 position of an :keyword:`except` clause header.  The :keyword:`import` statement
  92 of the form "``from ...import *``" binds all names defined in the imported
  93 module, except those beginning with an underscore.  This form may only be used
  94 at the module level.
  95
  96 A target occurring in a :keyword:`del` statement is also considered bound for
  97 this purpose (though the actual semantics are to unbind the name).  It is
  98 illegal to unbind a name that is referenced by an enclosing scope; the compiler
  99 will report a :exc:`SyntaxError`.
 100
 101 Each assignment or import statement occurs within a block defined by a class or
 102 function definition or at the module level (the top-level code block).
 103
 104 If a name binding operation occurs anywhere within a code block, all uses of the
 105 name within the block are treated as references to the current block.  This can
 106 lead to errors when a name is used within a block before it is bound. This rule
 107 is subtle.  Python lacks declarations and allows name binding operations to
 108 occur anywhere within a code block.  The local variables of a code block can be
 109 determined by scanning the entire text of the block for name binding operations.
 110
 111 If the global statement occurs within a block, all uses of the name specified in
 112 the statement refer to the binding of that name in the top-level namespace.
 113 Names are resolved in the top-level namespace by searching the global namespace,
 114 i.e. the namespace of the module containing the code block, and the builtin
 115 namespace, the namespace of the module :mod:`__builtin__`.  The global namespace
 116 is searched first.  If the name is not found there, the builtin namespace is
 117 searched.  The global statement must precede all uses of the name.
 118
 119 .. index:: pair: restricted; execution
 120
 121 The built-in namespace associated with the execution of a code block is actually
 122 found by looking up the name ``__builtins__`` in its global namespace; this
 123 should be a dictionary or a module (in the latter case the module's dictionary
 124 is used).  By default, when in the :mod:`__main__` module, ``__builtins__`` is
 125 the built-in module :mod:`__builtin__` (note: no 's'); when in any other module,
 126 ``__builtins__`` is an alias for the dictionary of the :mod:`__builtin__` module
 127 itself.  ``__builtins__`` can be set to a user-created dictionary to create a
 128 weak form of restricted execution.
 129
 130 .. note::
 131
 132    Users should not touch ``__builtins__``; it is strictly an implementation
 133    detail.  Users wanting to override values in the built-in namespace should
 134    :keyword:`import` the :mod:`__builtin__` (no 's') module and modify its
 135    attributes appropriately.
 136
 137 .. index:: module: __main__
 138
 139 The namespace for a module is automatically created the first time a module is
 140 imported.  The main module for a script is always called :mod:`__main__`.
 141
 142 The global statement has the same scope as a name binding operation in the same
 143 block.  If the nearest enclosing scope for a free variable contains a global
 144 statement, the free variable is treated as a global.
 145
 146 A class definition is an executable statement that may use and define names.
 147 These references follow the normal rules for name resolution. The namespace of
 148 the class definition becomes the attribute dictionary of the class.  Names
 149 defined at the class scope are not visible in methods.
 150
 151
 152 .. _dynamic-features:
 153
 154 Interaction with dynamic features
 155 ---------------------------------
 156
 157 There are several cases where Python statements are illegal when used in
 158 conjunction with nested scopes that contain free variables.
 159
 160 If a variable is referenced in an enclosing scope, it is illegal to delete the
 161 name.  An error will be reported at compile time.
 162
 163 If the wild card form of import --- ``import *`` --- is used in a function and
 164 the function contains or is a nested block with free variables, the compiler
 165 will raise a :exc:`SyntaxError`.
 166
 167 If :keyword:`exec` is used in a function and the function contains or is a
 168 nested block with free variables, the compiler will raise a :exc:`SyntaxError`
 169 unless the exec explicitly specifies the local namespace for the
 170 :keyword:`exec`.  (In other words, ``exec obj`` would be illegal, but ``exec obj
 171 in ns`` would be legal.)
 172
 173 The :func:`eval`, :func:`execfile`, and :func:`input` functions and the
 174 :keyword:`exec` statement do not have access to the full environment for
 175 resolving names.  Names may be resolved in the local and global namespaces of
 176 the caller.  Free variables are not resolved in the nearest enclosing namespace,
 177 but in the global namespace. [#]_ The :keyword:`exec` statement and the
 178 :func:`eval` and :func:`execfile` functions have optional arguments to override
 179 the global and local namespace.  If only one namespace is specified, it is used
 180 for both.
 181
 182
 183 .. _exceptions:
 184
 185 Exceptions
 186 ==========
 187
 188 .. index:: single: exception
 189
 190 .. index::
 191    single: raise an exception
 192    single: handle an exception
 193    single: exception handler
 194    single: errors
 195    single: error handling
 196
 197 Exceptions are a means of breaking out of the normal flow of control of a code
 198 block in order to handle errors or other exceptional conditions.  An exception
 199 is *raised* at the point where the error is detected; it may be *handled* by the
 200 surrounding code block or by any code block that directly or indirectly invoked
 201 the code block where the error occurred.
 202
 203 The Python interpreter raises an exception when it detects a run-time error
 204 (such as division by zero).  A Python program can also explicitly raise an
 205 exception with the :keyword:`raise` statement. Exception handlers are specified
 206 with the :keyword:`try` ... :keyword:`except` statement.  The :keyword:`try` ...
 207 :keyword:`finally` statement specifies cleanup code which does not handle the
 208 exception, but is executed whether an exception occurred or not in the preceding
 209 code.
 210
 211 .. index:: single: termination model
 212
 213 Python uses the "termination" model of error handling: an exception handler can
 214 find out what happened and continue execution at an outer level, but it cannot
 215 repair the cause of the error and retry the failing operation (except by
 216 re-entering the offending piece of code from the top).
 217
 218 .. index:: single: SystemExit (built-in exception)
 219
 220 When an exception is not handled at all, the interpreter terminates execution of
 221 the program, or returns to its interactive main loop.  In either case, it prints
 222 a stack backtrace, except when the exception is  :exc:`SystemExit`.
 223
 224 Exceptions are identified by class instances.  The :keyword:`except` clause is
 225 selected depending on the class of the instance: it must reference the class of
 226 the instance or a base class thereof.  The instance can be received by the
 227 handler and can carry additional information about the exceptional condition.
 228
 229 Exceptions can also be identified by strings, in which case the
 230 :keyword:`except` clause is selected by object identity.  An arbitrary value can
 231 be raised along with the identifying string which can be passed to the handler.
 232
 233 .. warning::
 234
 235    Messages to exceptions are not part of the Python API.  Their contents may
 236    change from one version of Python to the next without warning and should not be
 237    relied on by code which will run under multiple versions of the interpreter.
 238
 239 See also the description of the :keyword:`try` statement in section :ref:`try`
 240 and :keyword:`raise` statement in section :ref:`raise`.
 241
 242 .. rubric:: Footnotes
 243
 244 .. [#] This limitation occurs because the code that is executed by these operations is
 245    not available at the time the module is compiled.
 246