为何内部函数引用局部变量会改变Python locals()的返回顺序？

先看正常场景的代码，执行后会按参数定义顺序输出局部变量：

def foo(a: str = "a", b: str = "b") -> None:
    print(locals())
foo()  # 输出 {'a': 'a', 'b': 'b'}

这符合Python 3.7+的预期——locals()会按变量创建的顺序返回结果。

但如果在函数内部添加对某个参数的闭包引用（比如lambda或内部函数引用参数a），输出顺序就会反转：

def foo(a: str = "a", b: str = "b") -> None:
    print(locals())
    lambda: a
    # 或者替换为内部函数：
    # def inner() -> None:
    #     a

foo()  # 输出 {'b': 'b', 'a': 'a'}

这个现象仅出现在Python 3.10及更低版本，3.11及以上版本已修复。

原因分析 #

这是Python解释器处理闭包时的一个实现细节问题：
当函数内部出现对局部变量的闭包引用时，解释器会为被引用的变量创建cell对象（用于在闭包间共享变量）。在这个过程中，解释器会调整局部变量的内部存储顺序：被闭包引用的变量会被移到局部变量列表的末尾，未被引用的变量则保留在原有位置。

在示例中，参数a被lambda/内部函数引用，因此被移到了局部变量列表的最后；b没有被引用，排在前面。而locals()返回的字典顺序会跟随这个内部存储顺序，最终就出现了b在前、a在后的输出结果。

Python 3.11对局部变量的存储逻辑和闭包处理机制做了优化，修复了这个顺序异常的问题，所以在新版本中无论是否存在闭包引用，locals()都会保持参数定义的原始顺序。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nelson Yeung