Python 字节码指令 LOAD_DEREF

LOAD_DEREF 是 Python 字节码指令，它与闭包和嵌套函数有关。要理解 LOAD_DEREF，我们首先需要了解 Python 中的几个概念：cell、free variable 和闭包。

1. Cell 和 Free Variables:
   当一个嵌套函数引用了其上级作用域中的一个变量，但该变量并不是全局的或局部的，那么这个变量就被称为 free variable。cell 是一个内部机制，用于存储这些 free variables，使嵌套函数可以访问它们，即使上级函数已经退出。

2. 闭包 (Closure):
   在 Python 中，函数是一等对象，这意味着它们可以作为参数传递，可以返回，可以定义在另一个函数内部等。当内部函数引用了外部函数的变量时，我们得到了一个闭包。闭包捕获并保存了外部函数的 free variables，使得这些变量即使在外部函数结束后仍然可以被访问。

LOAD_DEREF 指令就是在闭包中使用的，用于加载从一个 cell 或 free variable 中的值到栈上。具体来说，它用于加载由 cell 或嵌套函数作用域中的局部变量表示的值。

让我们看一个简单的示例：

def outer(x):
    def inner():
        return x
    return inner

func = outer(10)
print(func())  # 输出: 10

在上述示例中，inner 函数是一个闭包，因为它引用了外部函数 outer 的变量 x。当我们调用 outer 并返回 inner 时，变量 x 的值仍然被保存下来，这就是通过 cell 机制实现的。当 inner 函数执行并尝试访问 x 时，就会使用 LOAD_DEREF 指令。

如果你查看 inner 函数的字节码，你会看到 LOAD_DEREF 指令。这可以通过以下方式完成：

import dis
dis.dis(func)

在如下输出中，我们看到 LOAD_DEREF 指令，表示它正在从一个 cell 或 free variable 加载一个值。

  6           0 LOAD_DEREF               0 (x)
              2 RETURN_VALUE

接下来，让我们看看 free variable 和 cell 的例子。

1. Free Variable:

   free variable 是一个在嵌套函数内部被引用，但不是这个嵌套函数的局部变量，也不是全局变量的变量。在以下示例中，x 就是一个 free variable 对于 inner 函数来说。

   def outer():
       x = 10  # 这里的 x 就是一个 free variable 对于 inner 来说
       
       def inner():
           print(x)  # x 在这里被引用，但它既不是 inner 的局部变量，也不是一个全局变量
   
       inner()
   
   outer()  # 输出: 10
   

2. Cell:

   当我们谈论闭包时，Python 使用 cell 对象来实现这个特性。这是因为，尽管上层函数已经执行完毕并退出了，但嵌套的函数依然可以访问上层函数的变量。这就是通过将这些变量保存在 cell 对象中来实现的。

   在以下示例中，我们创建了一个闭包，然后使用 __closure__ 属性来查看这些 cell 对象：

   def outer(x):
       def inner():
           return x
       return inner
   
   closure_function = outer(25)
   print(closure_function())  # 输出: 25
   
   # 查看 closure_function 的 cell 对象
   cell = closure_function.__closure__[0]
   print(cell.cell_contents)  # 输出: 25
   

   cell 对象有一个属性 cell_contents，它保存了闭包中被引用的变量的当前值。在上面的例子中，cell.cell_contents 的值是 25，这是我们传递给 outer 函数的值。

   【注】：print(closure_function._ _closure _ _) 的输出为 (,)