Python功能完美的宝库——内置的强大“武器库”builtins
builtins模块包含了Python大量的内置对象（函数、异常和类型等），她是Python的内置武器库，堪称功能完美的宝库。
笔记模板由python脚本于2025-03-19 08:16:27创建，本篇笔记适合喜欢探究python的coder翻阅。
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目 录
- Python.builtins 探秘
-
- 1、命名演化史
-
- 1.1 builtins语义
- 1.2 builtins命名演化史
- 2. 模块功能解剖
-
- 2.1 核心组件
- 2.2 功能分类
- 2.3 常见对象
- 3. 黑魔法实验室
-
- 3.1 覆盖内置对象
- 3.2 创建沙箱环境
- 4. 最佳实践
- 5. 冷知识
- 6、builtins名称助记拆解
- 附：“沙箱环境”代码解读
Python.builtins 探秘
“ b u i l t i n s builtins builtins ” —— Python的内置武器库
1、命名演化史
1.1 builtins语义
builtins在不同语境下可能有不同的含义，具体取决于上下文。以下是常见的几种解释：
-
日常英语中的含义- Built-ins（通常带连字符）是一个普通英语词汇，指“内置的东西”或“固定安装的组件”。
- 例子：
- 家具中的内置柜子 → “built-in cabinets”
- 厨房中的内置烤箱 → “built-in oven”
- 软件中的内置功能 → “built-in features”
-
编程中的 builtins（Python 专用）- 在 Python 中，
builtins是一个内置模块（Python 3 中为builtins，Python 2 中为__builtin__），包含所有无需导入即可直接使用的函数、异常和对象。 - 核心功能：
- 提供基础函数（如
print(),len()）。 - 内置异常（如
ValueError,TypeError）。 - 基本数据类型（如
int,str,list）。
- 提供基础函数（如
- 示例：
# 直接使用内置函数 print("Hello") # 来自 builtins 模块
- 在 Python 中，
-
其他编程语言中的类似概念- 几乎所有编程语言都有类似的内置功能，但名称可能不同：
- JavaScript：全局对象（如
Math,Array,JSON）。 - C/C++：标准库函数（如
printf(),malloc()）。 - Shell 脚本：内置命令（如
cd,echo）。
- JavaScript：全局对象（如
- 几乎所有编程语言都有类似的内置功能，但名称可能不同：
-
计算机科学中的广义概念- 内置（Built-in） 泛指语言或系统中默认提供的功能，无需额外安装或定义即可使用。
- 例子：
- 数据库的内置函数（如 SQL 的
COUNT(),SUM()）。 - 操作系统内置命令（如 Windows 的
dir，Linux 的ls）。
- 数据库的内置函数（如 SQL 的
1.2 builtins命名演化史
-
命名演化史
从语言学的角度看，builtins的命名经历了有趣的演变：
| 阶段 | 形态 | 意义隐喻 |
|---|---|---|
| 动词 | build in | 功能嵌入的动作 |
| 形容词 | built-in | 已完成的内置状态 |
| 复数化 | built-ins | 多个内置功能的集合 |
| 代码实体 | builtins | Python3的模块命名 |
-
Python版本差异- Python2：
__builtin__（单数形式，魔法属性） - Python3：
builtins（复数形式，显式模块）
- Python2：
- 注意：
拼写变体- 正确拼写： - Python 模块名：builtins（Python 3）。 - 日常英语：通常写作built-in（带连字符，可作形容词或名词）。
2. 模块功能解剖
在Python中，builtins模块包含了所有内置的函数、异常和对象。这些内置功能在Python启动时自动加载，无需显式导入即可使用。
2.1 核心组件
import builtins
# 查看所有内置成员
print([item for item in dir(builtins) if not item.startswith('__')])
典型输出（Python3.11）：
['ArithmeticError', 'AssertionError', ..., 'zip']
包含157个可直接访问的内置成员（不同版本可能有差异）
2.2 功能分类
| 类别 | 示例 | 作用域 |
|---|---|---|
| 基础函数 | print(), len(), type() |
全局可用 |
| 异常体系 | Exception, ValueError |
异常处理基础 |
| 类型对象 | int, str, dict |
类型系统基石 |
| 常量 | True, False, None |
逻辑控制基础 |
2.3 常见对象
以下是一些常见的builtins模块中的内容：
- 内置函数：
print()：打印输出。len()：返回对象的长度。type()：返回对象的类型。int(),float(),str(),list(),dict()：类型转换函数。range()：生成一个整数序列。sum()：计算序列的和。min(),max()：返回序列中的最小值和最大值。abs()：返回绝对值。round()：四舍五入。
- 内置异常：
Exception：所有异常的基类。TypeError：类型错误。ValueError：值错误。IndexError：索引错误。KeyError：键错误。FileNotFoundError：文件未找到错误。
- 内置常量：
True,False：布尔值。None：表示空值或无值。
- 内置对象：
object：所有类的基类。int,float,str,list,dict：内置数据类型。
3. 黑魔法实验室
3.1 覆盖内置对象
用自定义对象，覆盖Python对象，是一个比较危险的操作，需谨慎！
# 重定义print函数（请勿在生产环境使用！）
builtins.print = lambda *args: os.system("say '喵喵喵~'")
print("Hello World") # 实际会执行系统命令播放猫叫
3.2 创建沙箱环境
# 使用__builtins__副本保证安全
safe_builtins = {k: v for k, v in __builtins__.__dict__.items()
if k not in ('__import__', 'open')}
exec("print('安全操作')", {'__builtins__': safe_builtins}) # ✅ 允许
exec("open('test.txt')", {'__builtins__': safe_builtins}) # 触发NameError
“沙箱环境”代码解读
4. 最佳实践
- 避免直接修改
修改builtins如同更改物理定律，可能导致灾难性后果
- 利用反射机制
def is_builtin(obj): return obj.__module__ == 'builtins' print(is_builtin(print)) # True
- 版本兼容技巧
try: import builtins # Python3 except ImportError: import __builtin__ as builtins # Python2
5. 冷知识
__builtins__是CPython实现细节，不同环境下表现可能不同：- 在模块中：指向
builtins模块 - 在
__main__中：指向builtins.__dict__
- 在模块中：指向
- 内置函数的执行速度比普通函数快约20%（因跳过名称查找）
6、builtins名称助记拆解
我：build in -> build in s -> built in s -> built-ins -> builtins
build in -> build in s -> built in s -> built-ins -> builtins
Python之builtins名称演化：内建、多个内建、已（build变过去分词形式）多个内建、组合单词、模块名称。
DeepSeek：
你的拆解非常有趣且富有创意！ 我将结合 Python 的历史和语言演化，用「拟人化」的方式解释 builtins 的名称演变过程：
- A A A. 内建（Build in → Built-in）**
- 原始形态：动词短语
build in（嵌入、内置）。 - 语法变身：
- 动词变过去分词 →
built（已构建的） - 组合为形容词 →
built-in（已内置的）。
- 动词变过去分词 →
- Python 中的意义：
代表语言原生自带的功能（如print()），无需用户额外定义。
- 原始形态：动词短语
- B B B. 多个内建（Built-in + s → Built-ins）**
- 复数化：
- 单个功能是
built-in，但语言有多个内置功能 → 加s表复数。 - 书写规范：连字符保留 →
built-ins。
- 单个功能是
- Python 的隐喻：
所有内置函数、异常、类型的集合，像一个工具箱里的工具集合。
- 复数化：
- C C C. 模块名称（Built-ins → builtins）**
- 编程化改造：
- 去掉连字符（编程中变量名通常不用连字符） →
builtins。 - 全小写（Python 模块命名惯例）。
- 去掉连字符（编程中变量名通常不用连字符） →
- Python 的正式命名：
- Python 3 中模块名称为
builtins（Python 2 是__builtin__）。 - 该模块是所有内置功能的容器，像一个隐藏的仓库。
- Python 3 中模块名称为
- 编程化改造：
拟人化总结
- 想象
builtins的诞生过程：
1️⃣ 最初它是一个动词（
build in），描述「将功能嵌入语言」。
2️⃣ 后来它变成了形容词（built-in），表示「已经嵌入的功能」。
3️⃣ 随着功能越来越多，它变成了复数（built-ins），代表「一群内置工具」。
4️⃣ 最后为了适应代码世界的规则，它脱下连字符的外衣，变成模块名builtins，成为 Python 的内置工具库管理员。
彩蛋：Python 2 vs Python 3**
- Python 2：模块名为
__builtin__（单数，强调「单个内置空间」）。 - Python 3：更名为
builtins（复数，更符合实际——内置功能是多个的集合）。
这种命名变化也体现了 Python 设计理念的演进：从「隐含的魔法」到「明确的表达」。✨
附：“沙箱环境”代码解读
以下是代码的逐层解析：
# 创建安全的 builtins 副本（排除危险函数）
safe_builtins = {k: v for k, v in __builtins__.__dict__.items()
if k not in ('__import__', 'open')}
# 测试安全执行
exec("print('安全操作')", {'__builtins__': safe_builtins}) # ✅ 允许
exec("open('test.txt')", {'__builtins__': safe_builtins}) # 触发NameError
代码解析层级
- 第 1 层：
安全沙箱原理
通过限制代码执行环境的内置功能，防止危险操作（如文件读写、模块导入）。
- 第 2 层：
关键组件
| 组件 | 作用 |
|---|---|
__builtins__ |
Python 内置模块的引用（在模块中指向 builtins 模块的字典形式） |
exec() |
动态执行字符串代码，可自定义全局命名空间 |
| 自定义命名空间 | 通过字典传递 {'__builtins__': safe_builtins} 限制可访问的内置函数 |
- 第 3 层：
代码执行流程
- 过滤内置函数
# 原始内置函数字典 → 过滤后的安全字典 __builtins__.__dict__ → {'abs': <func>, ..., 'print': <func>} # 移除 __import__ 和 open
- 执行安全代码
exec("print(...)", {'__builtins__': safe_builtins}) # 解释器查找 print 的顺序： # 1. 当前代码的局部作用域 → 无 # 2. 自定义全局作用域的 __builtins__ → 找到 print
- 拦截危险操作
exec("open(...)", {'__builtins__': safe_builtins}) # 解释器查找 open 的顺序： # 1. 当前代码的局部作用域 → 无 # 2. 自定义全局作用域的 __builtins__ → 无 open → 触发 NameError
-
第 4 层：
技术细节__builtins__的双重身份- 在模块层级：指向
builtins模块的字典形式（builtins.__dict__） - 在函数/类内部：是
builtins模块的引用（需通过__builtins__.__dict__访问字典）
- 在模块层级：指向
- exec 的命名空间机制
exec(code, globals_dict, locals_dict) - 若
globals_dict包含__builtins__键，则使用该值作为内置模块 - 若未显式指定，默认继承当前环境的
__builtins__
- 安全风险扩展
尽管移除了open和__import__，仍存在潜在风险：# 仍可通过其他方式突破限制： exec("os = (lambda: [].__class__.__base__.__subclasses__()[132]())()", safe_env) exec("os.system('rm -rf /')", safe_env) # 通过回溯基类获取 os 模块
提示：要实现真正的安全沙箱，建议使用专用库（如
PySandbox或RestrictedPython）。
- 代码可视化
过滤
访问 print
访问 open
原始 builtins
安全 builtins
执行代码
允许操作
触发 NameError
通过这种机制，可以实现基础级别的代码安全隔离。
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