Python中变量存在于locals()却无法在当前局部作用域访问

这个现象是CPython解释器对函数局部变量的静态编译优化机制导致的，核心逻辑如下：

• 编译期的局部变量确定规则
  Python在编译函数代码时，会静态扫描整个函数体内所有显式声明、赋值的变量，将这些变量标记为局部变量，运行时对局部变量的访问是通过栈帧上固定的偏移位置直接读取的，不会动态查询locals()返回的字典。
  示例中g()函数的代码里，除了exec内的字符串代码，没有任何地方显式定义或赋值过变量b，编译器编译阶段根本不会将b识别为该函数的局部变量，不会为它分配栈帧上的存储槽位。
• exec()的实际写入位置
  函数内调用exec()且没有手动指定命名空间参数时，exec()会默认使用当前函数的locals()返回字典作为代码执行的局部命名空间，因此执行exec("b=1")时，确实将b:1这个键值对写入了locals()字典中，这也是为什么你能通过locals()['b']成功取出值1。
• 直接访问报错的触发逻辑
  当代码执行到print(b)时，解释器按照编译阶段确定的规则查找b：首先检查当前函数的局部变量槽位，没有找到b；接着去全局命名空间、内置命名空间查找，依然没有找到b，最终抛出NameError。

补充说明：这个现象仅出现在函数作用域中。如果在模块全局作用域执行相同的exec("b=1")再直接访问b是可以正常运行的——因为全局变量的访问本身就是动态查询globals()字典实现的，没有编译期静态绑定局部变量槽位的优化。
另外官方文档明确标注：不建议手动修改locals()返回的字典，修改后的行为在不同解释器、不同版本中不做一致性保证，CPython中函数内的locals()字典本质是栈帧局部变量的快照，对字典的修改不会反向同步到栈帧的局部变量槽位中。

复现代码与运行结果 #

复现代码：

def g():
    print("Locals:", locals().keys())
    exec("b=1")
    print("Locals:", locals().keys())
    print(locals()['b'])
    print(b)

g()

运行输出：

Locals: dict_keys([])
Locals: dict_keys(['b'])
1
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 10, in <module>
    g()
  File "test.py", line 8, in g
    print(b)
NameError: name 'b' is not defined

可行的规避方案 #

如果需要在函数内通过exec动态生成变量后访问，有两种通用方案：

• 提前在函数内显式声明变量，让编译器将其识别为局部变量：

  def g():
      b = None  # 提前声明，编译器会为b分配局部变量槽位
      exec("b=1")
      print(b)  # 正常输出1
  

• 给exec()传入独立的命名空间字典，不要依赖函数局部命名空间：

  def g():
      ns = {}
      exec("b=1", ns)
      print(ns['b'])  # 正常输出1
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Frank