Python：__code__ 详解

在 Python 中，函数是“一等对象”，它们不仅仅包含可调用的逻辑，还携带大量由解释器维护的内部状态。其中最核心的结构之一，就是函数的 __code__ 属性。

__code__ 是一个code object（代码对象），包含了执行所需的所有静态信息：字节码、局部变量表、常量表、闭包变量、行号表、运行栈需求等。

理解 code object 是深入掌握 Python 执行模型的重要一步。

一、__code__ 是什么？

当 Python 执行一个 def 时，发生三件事：

• 源代码被编译成 bytecode（字节码）

• 字节码被封装为一个 code object（代码对象）

• 代码对象再被包在一个 function object（函数对象）中

结构示意：

源代码 → code object → function object

因此：

• __code__ 是函数的“可执行内核”

• 函数本身只是对 code object 的一层包装（包含名字、默认值、注解、闭包等）

示例：

print(type(f.__code__))

输出：

重点特性：

（1）code object 是不可变的（immutable）。

（2）但可以利用 types.CodeType() 创建新的 code 对象来替换函数的 __code__。

（3）Python 3.11+ 中 code object 内部结构大幅修改（但属性接口基本保持兼容）。

二、__code__中包含哪些信息

__code__ 记录了函数执行所需的全部静态信息，主要分为四类。

（1）参数与变量信息

属性名

含义

co_argcount

位置参数数量

co_posonlyargcount

仅限位置参数数量（3.8+）

co_kwonlyargcount

仅关键字参数数量

co_varnames

所有局部变量名（包含参数）

co_nlocals

局部变量数量

示例：

print(test.__code__.co_nlocals)   # 3

提示：

若需要所有局部变量名，不要只看 co_varnames，而应合并 co_varnames + co_cellvars。这是实践中常见的做法。

（2）名称解析相关

属性名

含义

co_names

函数体内引用的全局变量、属性名等

co_consts

常量表（字面量、内部函数 code 对象等）

co_qualname

函数的完整名称（含类名等）

示例：

print(f.__code__.co_consts)  # (None, 1)

注意：

co_consts[0] 通常是 None（函数隐式返回 None）。

（3）闭包结构

属性名

含义

co_freevars

当前函数中使用，但定义在外层作用域的变量

co_cellvars

当前函数中定义，并被内部函数引用的变量

示例：

print("inner.co_cellvars:", fn.__code__.co_cellvars)

输出：

inner.co_cellvars: ()

解释：

名称

在 outer 中

在 inner 中

归类

a

参数，被 inner 使用 → cellvar

来自外层 → freevar

cellvar + freevar

b

局部变量，被 inner 使用 → cellvar

来自外层 → freevar

cellvar + freevar

c

局部变量，被 inner 使用 → cellvar

来自外层 → freevar

cellvar + freevar

inner

outer 的局部变量，但未被捕获

只在 outer.co_varnames

简要说明：

• cellvars：我定义，内部函数你使用

• freevars：我使用，外层函数定义

（4）字节码与执行元信息

属性名

含义

co_code

字节码（3.11 前单纯的 bytecode，3.11+ 结构变化但属性仍存在）

co_firstlineno

函数起始行号

co_stacksize

执行时需要的栈大小

co_flags

标志位（是否为生成器、是否包含 varargs 等）

co_linetable/ co_exceptiontable

（3.11+）行号表与异常表

（5）Python 3.11+ 的新结构

从 3.11 开始，字节码结构发生重大变化：

新增 co_exceptiontable（替代旧行号表处理异常）

新增 co_linetable（替代 co_lnotab）

字节码采用 adaptive bytecode（动态优化的自适应字节码）

三、__code__与字节码

一个函数最终执行的是字节码（bytecode），可以使用 dis 模块查看。

示例：

dis.dis(f)

输出（示例）：

              6 RETURN_VALUE

Python 3.11 的字节码更加复杂（adaptive），但 code object 属性仍提供统一访问入口。

四、__code__的生命周期

（1）函数定义时创建（def 执行就生成 code 对象）。

（2）__code__ 是不可变的（保证执行安全）。

（3）多个函数可能共享同一个 __code__。

例如：

print({id(fn.__code__) for fn in lst})

这些 lambda 会共享同一 code 对象。

（4）重新定义同名函数会创建新的 code 对象。

（5）无引用时由 GC 自动回收。

五、修改__code__

由于 __code__ 可被赋值，我们可以动态改变函数行为，这属于 Python 的元编程能力：

print(f())   # 999

注意事项：

• 参数数量必须一致，否则抛 ValueError

• freevars/cellvars 数量必须一致

• 适用于调试器、框架、元编程，不建议在业务代码中使用

小结

__code__ 是 Python 函数的可执行核心，记录了字节码、局部变量、常量表、闭包结构、行号表等全部静态信息。

函数只是对 code object 的包装，而 code object 在函数定义时由编译器生成，并在运行期间保持不可变。通过 co_freevars 和 co_cellvars 可以理解闭包如何捕获外层变量，通过 co_code 和 dis 可以了解 Python 的执行模型，而在必要时替换 __code__ 还能动态改变函数行为。

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