Python 语言中 eval 与 exec 的相同点和不同点

相同点

在 Python 中，eval 和 exec 都可以用来执行动态生成（dynamically generated）的代码。

两者在Python 3中的函数声明基本相同，如下所示：

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

其中，输入参数中，globals 必须是字典（dict）类型，表示全局空间的变量，若未提供，则通过 globals() 方法获取全局变量，若提供的字典类型对象不包含名为 __builtins__ 的键，则会在表达式解析前，插入这个键，其值设为内置模块 builtins 的引用；而 locals 参数可以是任何可映射类型的对象，表示局部空间的变量，若未提供，则通过 locals() 方法获取局部变量。

不同点

下面从关键字类型、第一个输入参数、内调 compile 函数 这 3 个方面，讨论 eval 和 exec 的不同之处。

1. 类型不同

eval 在 Python 2 和 Python 3 中都是函数（function）；而 exec 在 Python 2 中是语句（statement），在 Python 3 中是函数。

2. 第一个输入参数不同

eval 是 evaluate 的英文简写，只能用来计算单独一个 Python 表达式（expression）的值，返回值是这个表达式的执行结果；在 Python 中，表达式（expression）定义为可以在变量赋值中，进行赋值的对象：

# An expression in Python is whatever you can have as the value in a variable assignment:
a_variable = (anything you can put within these parentheses is an expression)

而 exec 是 execute 的英文简写，用来执行 Python 语句（statement），如循环语句、try...except...异常处理语句、class 定义、函数定义等，无返回值，即返回值始终为 None。

基本示例，如下所示：

>>> a = 5
>>> eval('37 + a')   # it is an expression
42
>>> exec('37 + a')   # it is an expression statement; value is ignored (None is returned)
>>> exec('a = 47')   # modify a global variable as a side effect
>>> a
47
>>> eval('a = 47')  # you cannot evaluate a statement
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<string>", line 1
    a = 47
      ^
SyntaxError: invalid syntax

3. compile 函数的模式不同

eval 和 exec 在输入字符串类型时，内部都会首先调用 compile 函数编译为 bytecode，eval 函数对应的模式是 'eval'，而 exec 对应的模式是 'exec'。compile 函数用来将输入参数 source 编译为 code 对象，具体声明如下：

compile(source, filename, mode, flags=0, dont_inherit=False, optimize=-1)

其中，参数 source 通常为包含 Python 源码的字符串；参数 filename 应该给出从中读取代码的文件，或一些可识别的值，常常使用 '<string>' ；参数 mode 指定读取的代码的编译类型：如果包含多个语句，采用 'exec' 模式，如果只包含单一表达式，则采用 'eval' 模式；可选参数 flags 和 dont_inherit 用来控制 future 模块语句影响源码编译；参数 optimize 指定编译器的优化级别。更多内容参见 compile 官方文档。

采用 'exec' 模式的 compile 函数可以编译包含任意数量语句的源码为 bytecode，隐含返回值总是 None；而采用 'eval' 模式的 compile 函数只可以编译单一表达式为 bytecode，并返回这个表达式的值。如果在 'eval' 模式下，compile 函数的输入源码中包含语句或任何超出了单一表达式的要求，则会抛出 SyntaxError 异常。一些具体示例，如下：

>>> eval(compile('20200926', '<string>', 'exec'))  # code returns None
>>> eval(compile('20200926', '<string>', 'eval'))  # code returns 20200926
20200926
>>> exec(compile('20200926', '<string>', 'eval'))  # code returns 20200926,
>>>                                          # but ignored by exec

>>> compile('for i in range(3): print(i)', '<string>', 'eval')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<string>", line 1
    for i in range(3): print(i)
      ^
SyntaxError: invalid syntax

实际上，eval 只接收单一表达式（eval accepts only a single expression），只是在字符串直接传递给 eval 函数时有效。此时内部会使用 compile(source, '<string>', 'eval') 编译为 bytecode。如果一个包含 bytecode 的 code 对象传递给 exec 或 eval ，它们的表现是相同，除了 exec 总是会返回 None。所以采用 eval 函数执行带有语句的字符串也是可以的，但需要首先使用 compile 函数将源码转为 bytecode，再传给 eval 方法。具体示例，如下：

>>> eval(compile('if 1: print("Hello")', '<string>', 'exec'))
Hello
>>>

 

参考资料

[1] The exec statement in Python 2. https://docs.python.org/2.7/reference/simple_stmts.html#exec

[2] The exec function in Python 3. https://docs.python.org/3/library/functions.html#exec

[3] The eval function in Python. https://docs.python.org/3/library/functions.html#eval

[4] What's the difference between eval, exec, and compile? https://stackoverflow.com/questions/2220699/whats-the-difference-between-eval-exec-and-compile