将__future__样式导入用于Python中的模块特定功能

Question

Python的未来语句from __future__ import feature提供了一种很好的方法来简化到新语言特性的转换。有没有可能为Python库实现类似的特性：from myproject.__future__ import feature

在import语句上设置模块范围的常量非常简单。对我来说不明显的是，如何确保这些常量不会传播到在导入的模块中执行的代码--它们还应该需要将来的导入才能启用新特性。

这是最近在NumPy的一个discussion of possible indexing changes上出现的。我不期望它能真正在NumPy中使用，但我可以看到它对其他项目很有用。

作为一个具体的例子，假设我们确实想要在NumPy的某个未来版本中改变索引的工作方式。这将是一个向后不兼容的更改，因此我们决定使用未来语句来简化转换。使用此新功能的脚本如下所示：

import numpy as np
from numpy.__future__ import orthogonal_indexing

x = np.random.randn(5, 5)
print(x[[0, 1], [0, 1]])  # should use the "orthogonal indexing" feature
# prints a 2x2 array of random numbers

# we also want to use a legacy project that uses indexing, but
# hasn't been updated to the use the "orthogonal indexing" feature
from legacy_project import do_something

do_something(x)  # should *not* use "orthogonal indexing"

如果这是不可能的，那么启用本地选项的最接近值是多少？例如，可以这样写：

from numpy import future
future.enable_orthogonal_indexing()

使用像上下文管理器这样的东西是很好的，但问题是我们不想将选项传播到嵌套作用域：

with numpy.future.enable_orthogonal_indexing():
    print(x[[0, 1], [0, 1]])  # should use the "orthogonal indexing" feature
    do_something(x)  # should *not* use "orthogonal indexing" inside do_something

Answer 1

Python中的__future__既是一个模块，也不是一个模块。Python __future__实际上不是从任何地方导入的-它是Python字节码编译器使用的一种构造，故意选择这样就不需要创建新的语法。在库目录中还有一个__future__.py；它可以这样导入：import __future__；然后，例如，您可以访问该__future__.print_function，以了解哪个Python版本使该特性可选地可用，以及在哪个版本中默认启用该特性。

可以创建一个知道正在导入的内容的__future__模块。下面是一个myproject/__future__.py的例子，它可以在每个模块的基础上拦截功能导入：

import sys
import inspect

class FutureMagic(object):
    inspect = inspect

    @property
    def more_magic(self):
        importing_frame = self.inspect.getouterframes(
                  self.inspect.currentframe())[1][0]
        module = importing_frame.f_globals['__name__']
        print("more magic imported in %s" % module)

sys.modules[__name__] = FutureMagic()

在加载时，该模块被替换为FutureMagic()实例。每当从myproject.FutureMagic导入more_magic时，都会调用more_magic属性方法，并打印出导入该特性的模块的名称：

>>> from myproject.__future__ import more_magic
more magic imported in __main__

现在，您可以对导入此功能的模块进行记账。执行import myproject.__future__；myproject.__future__.more_magic将触发相同的机制，但您还可以确保more_magic导入位于文件的开头-此时它的全局变量不应包含任何其他内容，而不应包含从该伪模块返回的值；否则，仅为检查而访问该值。

然而，真正的问题是:如何使用它来找出从哪个模块调用函数是相当昂贵的，并且会限制此功能的有用性。

因此，一种可能更有效的方法可能是使用import hooks在执行from mypackage.__future__ import more_magic的模块的抽象语法树上进行源翻译，可能会将所有object[index]更改为__newgetitem__(operand, index)。

Answer 2

Python本身做这件事的方式非常简单：

在importer中，当您尝试从.py文件导入时，代码首先扫描模块中的future statements。

请注意，在将来的语句之前只允许字符串、注释、空行和其他将来的语句，这意味着它不需要完全解析代码就可以做到这一点。这一点很重要，因为未来的语句可能会改变代码的解析方式(实际上，这就是让它们…的全部意义)；字符串、注释和空行可以由lexer步骤处理，将来的语句可以用一个非常简单的专用解析器进行解析。

然后，如果找到任何未来的语句，Python将设置相应的标志位，然后重新查找到文件的顶部，并使用这些标志调用compile。例如，对于from __future__ import unicode_literals，它执行flags |= __future__.unicode_literals.compiler_flag，这会将flags从0更改为0x20000。

在这个“真正的编译”步骤中，未来的语句被视为普通的导入，您将在模块的全局变量中的变量unicode_literals中得到一个__future__._Feature值。

现在，您不能完全做同样的事情，因为您不会重新实现或包装编译器。但您可以做的是使用类似于未来的语句来发出AST转换步骤的信号。如下所示：

flags = []
for line in f:
    flag = parse_future(line)
    if flag is None:
        break
    flags.append(flag)
f.seek(0)
contents = f.read()
tree = ast.parse(contents, f.name)
for flag in flags:
    tree = transformers[flag](tree)
code = compile(tree, f.name)

当然，您必须编写parse_future函数，以便为空行、注释或字符串返回0，为可识别的未来导入返回一个标志(如果需要，可以动态查找)，或者为其他任何内容返回None。并且您必须为每个标志编写AST transformers。但它们可以非常简单-例如，您可以将Subscript节点转换为不同的Subscript节点，甚至可以转换为基于索引形式调用不同函数的Call节点。

要将其挂接到导入系统中，请参见PEP 302。请注意，这在Python3.3中变得更简单，在Python3.4中也变得更简单，所以如果您需要这些版本中的一个，请阅读import system文档以了解您的最低版本。

有关在现实生活中使用的导入钩子和AST转换器的一个很好的示例，请参阅MacroPy。(请注意，它使用的是旧的2.3风格的导入钩子机制；同样，如果您可以使用3.3+或3.4+，您自己的代码会更简单。当然，您的代码不会动态生成转换，这是MacroPy…最复杂的部分。)

Answer 3

不，你不能。真正的__future__导入是特殊的，因为它的效果对于它发生的单个文件是本地的。但是普通的导入是全局的:一旦一个模块执行了import blah，blah就会被执行并在全球范围内可用；其他稍后执行import blah的模块只会检索已经导入的模块。这意味着如果from numpy.__future__更改了import numpy中的某些内容，执行numpy的所有内容都将看到更改。

顺便说一句，我不认为这是邮件列表消息所暗示的。我把它理解为一种全局的效果，相当于设置了一个像numpy.useNewIndexing = True这样的标志。这意味着，如果您知道应用程序的所有部分都将使用该标志，则只应在应用程序的顶层设置该标志。