交互式解释器为什么叫 REPL

2020-02-08 6 分钟阅读时长 Python

今天着重介绍 Python 解释器的交互式模式。

什么是 REPL

REPL 是 4 个单词的首字母组：Read Eval Print Loop.

它表示一个循环中，在这个循环中不断的执行：

Read -> Eval -> Print -> Read -> Eval
-> Print -> Read -> Eval -> Print -> ...

所以更准确点的英文写法其实是 2 个单词： read-eval-print loop。

![REPL wiki](images/REPL wiki.png)

  • Read，读取用户输入
  • Eval， 执行输入内容
  • Print，打印输出结果
  • Loop， 不断循环以上步骤

由上面的描述可知，我们经常用的命令行或 Shell 就是这种模式。不过一般提起 REPL 的时候，都是特指编程语言的交互式运行环境。

拥有交互式的编程环境对一个语言来说，特别是它的学习者来说，是一个非常大的帮助。

下面我们就重点聊聊 Python 的 REPL。

进入 Loop

大概有这么几种方式能够进入 python 的交互式解释器模式：

  1. 不带任何参数运行 python，这是最常见的方式
  2. 通过 py 启动器运行解释器，这是 windows 下特有的方式
  3. 使用 python -i some_script.py，执行脚本后再进入，这个我们也在前面文章中介绍过了
  4. 其它 IDE（IDLE, PyCharm 等）内嵌的所谓 python shell 或 python console，它们也要依赖系统安装的 python

进入之后，首先看到的就是一段开场信息，然后就是 >>> 和一个闪烁的光标在等待你的输入。

冷门小知识：启动时打印的消息称为 banner，想要自定义它？ 得从源码编译 python。不过如果是嵌套实现，可以参考标准库 code 模块。事实上，一般 IDE 中内嵌的 Shell 多半都是在 code 模块之上封装的。

前面的符号 >>> 称为 提示符（Prompt String），我们在命令行中看到的 > 或 $ 或 # 等都是提示符。

熟悉 Linux 系统的小伙伴可能知道，环境变量有一个 PS1，可以用来定义提示符的样式：

[root@host ~]# echo $PS1
[\u@\h \W]\$

这里的 1 代表序号，表示这是主提示符，后面还有 PS2，PS3，PS4。

扯远了，咱还是回到 python。同样的，这里的 >>> 也是主提示符，它是保存在 sys.ps1 这个特殊变量里的，此外还有个 sys.ps2 的值是 ...。

注意，提示符后面有 1 个空格。sys.ps1 = '>>> '，sys.ps2 = '... '。

好玩的是，这两个变量是可以自定义的：

>>> sys.ps1 = 'DavyCloud Python 教程 2020 > '
DavyCloud Python 教程 2020 >
DavyCloud Python 教程 2020 > x = 1
DavyCloud Python 教程 2020 > print(x)
1

2 号提示符啥时候出场，继续看下面。

READ

一般情况下，按下回车键，就表示输入完毕，解释器就读取刚才输入的整个语句，开始执行了。大多数情况下，这些都是一行搞定。

如果从 Python 语法上讲，当前行没有结束，则还会继续等待输入，此时显示的就是 2 号提示符 ...，用户可以继续输入。

具体有以下几种情况：

复合语句块

例如：

  1. def
  2. class
  3. if / for / while
  4. try / except
  5. with

因为 python 不像其它语言那样用括号表示代码块的开始和结束，所以这种情况下，解释器无法判断何时代码块会结束。即使像下面这样挤在一行写也没用:

>>> x = 1
>>> if x == 1:pass
...
>>>
>>> def func(): return 1
...
>>>

开放的括号

例如：

>>> (1,
... 3,
... 4)
(1, 3, 4)
>>> {"name":
... 123, "key"
... :234}
{'name': 123, 'key': 234}

开放的三引号

普通的字符串是不行的，三引号的字符串则可以:

>>> "hello
  File "<stdin>", line 1
    "hello
         ^
SyntaxError: EOL while scanning string literal
>>> """hello
... xxx
... """
'hello\nxxx\n'
>>>

使用反斜杠 \ 结尾

在回车之前输入一个反斜杠 \，就能只换行而不完成输入，这招写代码的时候也一样适用。

值得注意的是，反斜杠 \ 之后不能再有任何字符，包括空格。否则都是语法错误。

Eval

Eval 是 Evaluate 的简写。这一步就是解释器执行它读到的代码。

注意，python 里有 1 个内置函数 eval，它和这里的 Eval 可不完全一样。eval 只能执行 表达式（Expression），而这里解释器可以接受任何语句。从这一点看，解释器的 Eval 行为和内置的 exec 更贴近。

有一点需要特别提醒的是，如果输入的代码是一个表达式，那么交互式模式下，会把这个表达式的值存在一个特殊变量中，变量名是： _ （一个下划线）

Print

python 交互解释器的 Print 和内置函数 print 有一点细微差别：

当我们调用 print() 函数的时候，打印到屏幕上（即 stdout）的内容是 print() 函数写入的。print() 函数本身是没有任何结果返回的。

python 交互式解释器的 Print 只打印表达式的结果。所以呢，如果我们是在交互模式下输出 helloworld 是不需要调用 print() 函数的：

>>> "helloworld"
'helloworld'

细心的小伙伴会发现，这种方式打印出来的结果是带了引号的。

Tips：可以看到我们用的是双引号，而打印出来是单引号，可见 python 是优先使用 单引号表示字符串的。

这是因为在 python 里对象有 2 种生成文本表示的方法，1 个大家比较熟悉，是 str()，另一个则相对比较陌生了，是 repr()。

print() 方法对应的是 str，即 print(obj) 等价于 print(str(obj))。而 REPL 中的 Print 对应的是 repr，即等价于 print(repr(obj))。

写个简单的小例子体会下：

>>> print(repr("helloworld"))
'helloworld'

# 下面更复杂点的例子
>>> class C:
    def __repr__(self):
        return 'repr'
    def __str__(self):
        return 'str'

>>> c = C()
>>> c
repr
>>> print(c)
str
>>>

关于 str 和 repr 的细微差别，有机会可以再细聊。

除了字符串，还有其它各种对象都可以自动打印，所以在交互模式下看一个对象是什么非常方便。

在前面的示例中也给大家介绍了，我最常用的就是显示模块信息，来获取模块所在路径信息。

退出 Loop

在命令行中我们常用的退出命令是 exit 或 quit，在 python 中输入它们会提示:

>>> quit
Use quit() or Ctrl-Z plus Return to exit
>>> exit
Use exit() or Ctrl-Z plus Return to exit

因为 python 接受的不是命令，只能接受函数，所以必需要带括号。同时还提示我们可以用快捷键 Ctrl-Z 退出。

这个快捷键是 Windows 系统下的，如果是 Linux 系统就应该是 Ctrl-D 了：

>>> quit
Use quit() or Ctrl-D (i.e. EOF) to exit
>>> exit
Use exit() or Ctrl-D (i.e. EOF) to exit
>>>

Ctrl-D 在 Linux 系统中代表着 EOF（End Of File） 的含义，很多命令都支持这个快捷键结束。而 Ctrl-Z 在 Linux 系统中是把任务挂入后台，实际并不会退出。

小提示，如果 Ctrl-Z 把进程挂到后台后，执行 fg 命令可恢复。fg（fore ground） 就是前台的意思。

另外值得提醒的是，exit() 和 quit() 都支持传入一个整数作为程序的返回码，0 表示正常结束，非 0 值表示异常结束。

一道思考题：

在 python 解释器中执行 exit 的时候出现的提示需要带括号这种信息，这是如何做到的？

增强型 REPL

python 解释器的交互模式虽然很方便了，但是还有所不足。

在 Linux 系统的 shell 中，有很多非常方便的命令，一旦进入了 python shell，这些命令就都不能用了，特别是一些比较常用的比如 pwd 显示当前路径，ls 显示文件列表等。

虽然这些可以通过调用标准库提供的方法实现，但是没有直接命令来的方便。

如果说不能访问系统的 shell 命令这个不足有点牵强，那么缺少语法高亮，智能提示，自动补全等就显得比较难以接受了。

还有，虽然刚才我们提到了 _ 可以自动保存表达式的值，但是它只能保存最近依一次的。前面执行过的结果如果忘了存变量，就只能再来一次了。

优秀的程序员都是懒人，这些都不能忍！所以除了 python 官方自带的解释器，有很多第三方的增强型解释器出现，这里面最成功的就是 IPython。

自带解释器上面提的所以不足之处，IPython 统统解决，并且做的更出色。

不仅如此，IPython 最终还进化成了一个跨语言的 Jyputer 项目。已经成为 python 在科学计算领域必不可少的工具了。

小结

介绍 REPL 的概念，以及 Python 解释器的交互式模式有哪些需要注意的地方。

文章内容虽基础，整理发布不轻松

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Davy
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