UC Berkeley CS61A Sping 2021 Lecture 3 Control

环境链条（Environment Chain）

for example：

环境中的绑定和求值（Binding and Evaluation）

1. 变量赋值（Assigning）

赋值（Assigning）将一个数值绑定到一个变量上。
赋值发生在当前环境的第一个框架中。
例如：
```
x = 5  # x 被绑定到 5
```

2. 函数定义（Def statements）

def语句会将一个名称绑定到一个函数值上。
这个绑定发生在当前环境的第一个框架中。
这个新的函数值会保存一个指向当前环境的链接。

例如：

def foo(y):  
    return x + y  # foo 保持了定义时的环境链接

3. 函数调用（Calling a Function）

调用用户自定义函数时，会创建一个新的局部环境框架（local environment frame）。
这个新框架会将函数的**形式参数（formal parameters）绑定到调用时传入的实际参数（actual parameters）**上。

例如：

foo(3)  # 实际参数 3 会绑定到 形式参数 y

4. 局部环境与父环境

这个新的局部框架会连接到现有的父环境，这个父环境来自于被调用的函数值的定义时环境。
这样就形成了一个新局部环境，在这个环境中求值函数体的内容。

总结

赋值：变量被绑定到当前环境的数值。
def语句：函数定义时绑定名称，并记录定义时的环境。
函数调用：创建局部环境，将参数绑定到实参，并连接到父环境。

这种机制确保了程序可以正确地查找变量和参数值，形成一个清晰的环境链条。

局部环境

函数调用时会创建新的局部环境，这是为了确保函数执行时的数据独立性和局部作用域，从而实现函数的正确行为和可重复使用。下面详细解释为什么会创建局部环境：

1. 数据独立性（隔离变量）

函数的局部环境可以保证局部变量与外部变量隔离，不会相互影响。

示例：

def foo(x):
    y = x + 2
    return y

a = foo(3)  # 调用时，x = 3，y 只在这个调用中存在
b = foo(5)  # 调用时，x = 5，这是新的局部环境

在调用 foo(3) 时，局部环境绑定 x = 3，y = 5。
在调用 foo(5) 时，新的局部环境绑定 x = 5，y = 7。
局部变量 x 和 y 只存在于每次函数调用的局部环境中，互不干扰。

原因：如果不创建局部环境，那么同名变量会在多个调用中互相覆盖，导致错误结果。

2. 函数的参数绑定

函数调用时，参数（形式参数）需要与传入的值（实际参数）进行绑定。这一绑定过程发生在新的局部环境中。

示例：

def add(a, b):
    return a + b

add(2, 3)  # 局部环境绑定：a = 2, b = 3
add(5, 7)  # 局部环境绑定：a = 5, b = 7

每次调用 add 时，都会创建一个新的局部环境，分别绑定不同的参数值。
这些绑定保证了函数可以处理不同的输入值，而不会影响其他调用。

3. 递归调用的需要

如果没有新的局部环境，递归调用无法实现，因为每一层递归调用都需要独立的参数和中间状态。

示例：

def factorial(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * factorial(n - 1)

factorial(3)

调用 factorial(3)：创建局部环境，绑定 n = 3。
调用 factorial(2)：再次创建新的局部环境，绑定 n = 2。
调用 factorial(1)：再创建新的局部环境，绑定 n = 1。
每个局部环境独立存储参数 n 的值和计算过程，最终将结果返回。

原因：如果没有独立的局部环境，不同递归层次的 n 就会互相覆盖，导致无法正确求值。

4. 函数的可复用性

创建新的局部环境可以确保函数可以在不同上下文中调用，并返回正确的结果。

示例：

def square(x):
    return x * x

a = square(2)  # 创建局部环境，x = 2
b = square(4)  # 创建新的局部环境，x = 4

局部环境的创建保证了 square(2) 和 square(4) 可以独立执行，不会相互影响。

5. 总结：为什么会创建新的局部环境？

函数调用时创建新的局部环境的根本原因是：

隔离局部变量，保证数据独立，不影响其他函数调用。
参数绑定，将实际参数传递给形式参数。
支持递归，为每一层调用保存独立的状态。
提高可复用性，使函数能够独立运行。

局部环境使函数调用成为一个封闭的计算单元，有效管理变量作用域，保证程序的正确性和可维护性。

return f 和 return f(x) 的区别

return f 返回的是函数对象 f。
return f(x) 返回的是函数 f 执行后的结果，即 f(x) 的计算值。

报错举例：
你遇到的错误是：

NameError: name 'x' is not defined

这是因为在函数 incr(n) 中，你尝试直接调用 f(x)，但是在此时 x 并没有定义。这导致 Python 无法找到 x 的值，产生了 NameError 错误。

具体原因：

def incr(n):
    def f(x):
        return n + x
    return f(x)  # 错误：x 在这里没有定义

在这个代码中：

f(x) 是一个内嵌函数，它需要一个 x 作为参数。
但是你在 incr(n) 函数内部直接调用了 f(x)，并且没有给 x 传递任何值，这会导致 Python 无法理解 x 是什么。

正确的做法：

如果你的目的是返回 f 函数本身（即将 f 作为闭包返回），而不是立即执行它，你应该改为 return f，而不是 return f(x)。然后，稍后你可以使用参数来调用 f。

修改后的代码：

def incr(n):
    def f(x):
        return n + x
    return f  # 返回函数 f 本身，而不是调用 f(x)

result_function = incr(5)  # 返回 f 函数
result = result_function(6)  # 调用 f(6)
print(result)  # 输出 5 + 6 = 11

解释：

incr(5) 返回的是 f 函数，而不是 f(x) 的执行结果。
返回的 f 函数被赋值给 result_function，然后我们调用 result_function(6)，即实际调用的是 f(6)。
f(6) 会计算 n + x，其中 n 是从 incr(5) 中传递来的 5，所以 f(6) 返回的是 5 + 6 = 11，最终打印结果是 11。

关键修改：

使用 return f 返回函数对象，而不是直接调用 f(x)。

这样就能正确地实现闭包的功能。

控制语句 Control

条件表达式三元表达式 A if B else C :

关于True Values

false value 包括:
False
None
0
Empty strings, sets, lists, tuples, and dictionaries
其他全是true value

A if B else C 举例代码分析

这段代码包含了两个条件表达式（Python 的三元运算符 A if B else C），整体是一个比较表达式：

13 if 0 else 5 == 13 if [] else 5

左侧部分：13 if 0 else 5
- 条件 0 是布尔值 False。
- 因此，选择 else 后的值 5。
结果：左侧为 5。

右侧部分：13 if [] else 5
- 条件 [] 是空列表，在布尔上下文中，它也是 False。
- 因此，选择 else 后的值 5。
结果：右侧为 5。

比较运算：5 == 5
- 左侧和右侧的结果都是 5，所以 5 == 5 为 True。

最终结果

输出 True。

short-circuit evaluation
left and right 和 left or right 的短路特性

left and right：先计算left，如果left为false，表达式的值为left，不计算right的值（不判断right是否有意义，如1/0）；否则，表达式值为right。
left or right：先计算left，如果left为true，表达式的值为left，不计算right的值（不判断right是否有意义，如1/0）；否则，表达式值为right。