为什么Python中的__builtins__不包含自身？

问题背景 #

我尝试用以下代码分类概览Python的内置对象：

dunder = []  # 8

lower_fun = []  # 41
lower_type = []  # 26
lower_sitebuiltins = []  # 6

upper_exception = []  # 50
upper_warning = []  # 11
upper_other = []  # 10


for name, obj in vars(__builtins__).items():
    first_char = name[0]
    if first_char == '_':
        dunder.append(name)
    else:
        if first_char.islower():
            t = str(type(obj))
            if t == "<class 'builtin_function_or_method'>":
                lower_fun.append(name)
            elif t == "<class 'type'>":
                lower_type.append(name)
            elif '_sitebuiltins' in t:
                lower_sitebuiltins.append(name)
            else:
                assert False  # does not happen
        else:
            if 'Error' in name or 'Exception' in name:
                upper_exception.append(name)
            elif 'Warning' in name:
                upper_warning.append(name)
            else:
                upper_other.append(name)

原本我预期__builtins__会出现在dunder列表里，但实际结果中：

dunder == [
    '__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__',
    '__spec__', '__build_class__', '__import__', '__debug__'
]

显然我对“内置”的含义理解有误，想请教：

• vars(__builtins__)返回的152个条目具体是什么？
• 还有哪些类似__builtins__的内容没被包含进来？

补充说明 #

• builtins和sys也不在上述分类列表中
• 152个条目是运行Python脚本文件得到的结果；在交互式控制台中，dir(__builtins__)只有41个条目，且调用vars(__builtins__)会触发TypeError
• 最初代码用的是dir(__builtins__)，后来改成vars(__builtins__)，结果本质一致，只是列表顺序不同

解答 #

1. vars(__builtins__)的152个条目到底是什么 #

首先得搞清楚__builtins__的本质：

• 在脚本文件（非交互式环境）里，__builtins__其实就是builtins模块本身，所以vars(__builtins__)返回的是这个模块的命名空间字典，里面包含了所有内置函数、类型、异常、警告，以及模块自身的特殊属性，总数刚好是你看到的152个。
• 而在交互式控制台里，__builtins__是builtins.__dict__的一个特殊代理，属于dict实例但被做了限制，不能直接用vars()调用，所以会报错；此时dir(__builtins__)只展示了常用的内置对象（比如print、list），所以只有41个条目。

你分类出的各个列表，其实就是对builtins模块所有成员的拆分：

• dunder列表里是模块自身的特殊属性（比如__name__是模块名，__import__是内置导入函数等）
• lower_fun是所有内置函数/方法（比如print、len）
• lower_type是所有内置类型（比如list、dict、int）
• lower_sitebuiltins是CPython中由_sitebuiltins模块提供的特殊对象（比如quit、exit）
• upper_exception和upper_warning是所有内置异常和警告类
• upper_other是其他首字母大写的内置对象（比如Ellipsis、NotImplemented）

2. 为什么__builtins__、builtins、sys不在列表里 #

• __builtins__本身是当前作用域对builtins模块的引用，它并不是builtins模块内部的成员，自然不会出现在vars(__builtins__)的结果里。
• builtins是模块自身的引用，但builtins模块的命名空间里并没有把自身作为成员存储，所以也不会出现在结果中。如果要获取它，得手动import builtins。
• sys是独立的标准库模块，不属于builtins的范畴，必须手动import sys才能使用，所以当然不会出现在内置对象列表里。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Watchduck