函数的调用过程

1. 函数调用

函数的执行过程从表面上看只是被调用的过程，但它的背后却是用栈这种数据结构实现的。理解了函数的调用过程，递归也就变得容易理解。

下面用一段代码来展示函数的调用

def a():
    print("进入函数a")
    c()
    print("函数a执行结束")


def b():
    print("进入函数b")
    c()
    print("函数b执行结束")


def c():
    print("进入函数c")


a()

执行代码，输出结果

进入函数a
进入函数c
函数a执行结束

函数a的执行过程分为3个步骤：

print("进入函数a")
c() 执行函数c
print("函数a执行结束")

这段代码很简单，但却隐藏着初学者所不知道的秘密，这也是本文所要讲解的重点，首先请你思考一个看起来有点无聊的问题，为什么在执行完第2步以后，会执行第3步，输出"函数a执行结束"，而不是在执行完函数c以后，来到函数b中执行print("函数b执行结束")？

你当然可以回答，这是因为代码调用了函数a，所以函数c执行后要返回到a中而不是返回到函数b中。这个解释很合理，但是并没有说明根本原因，为什么函数c执行结束后要回到函数中，而不是函数b中？换一种问法，如果单独执行函数c，函数执行结束后既不会回到函数a，也不会回到函数b，为什么在函数a中执行函数c，函数c直接结束后就要回到函数a呢？

2. 函数调用与栈

在函数a中调用函数c，函数c执行结束后程序要回到函数a中继续执行，我们可以大胆猜测，一定是在某个地方记录了是在函数a中调用执行了函数c，所以才能准确的找到回去的路线，这个记录函数调用信息的地方就是栈。

栈是一种先进后出的数据结构，本文需要你对栈这种数据结构有一定的了解，否则，接下来要讲述的内容你很难理解。

在调用函数时，解释器会将函数的调用信息保存到栈中，这些保存的信息包括：

函数在第几行代码被执行
函数所在脚本
函数里的局部变量

在python中，可以通过sys._getframe()来查看这些信息

import sys

def a(count):
    b(count - 1)
    print(count)

def b(count):
    c(count - 1)
    print(count)

def c(count):
    c_frame = sys._getframe()       # 函数c的frame
    print(c_frame.f_code, c_frame.f_lineno, c_frame.f_locals)

    b_frame = c_frame.f_back        # 函数b的frame
    print(b_frame.f_code, b_frame.f_lineno, b_frame.f_locals)

    a_frame = b_frame.f_back        # 函数a的frame
    print(a_frame.f_code, a_frame.f_lineno, a_frame.f_locals)
    print(count)

a(3)

我在函数c的第2行代码设置断点并进行调试,通过观察变量frame可以获得函数的调用信息，代码输出结果为

<code object c at 0x10f65e660, file "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo2.py", line 11> 13 {'c_frame': <frame object at 0x10f6395d0>, 'count': 1}
<code object b at 0x10f659db0, file "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo2.py", line 7> 8 {'count': 2}
<code object a at 0x10f4f09c0, file "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo2.py", line 3> 4 {'count': 3}
1
2
3

f_code 保存代码信息
f_lineno 保存当前函数执行到第几行，也叫函数返回地址
f_locals 保存当前函数局部变量

函数的调用信息保存在frame结构中，通过f_back可以获得上一层函数的调用信息。

3. 函数调用过程

在调用函数时，会将当前信息保存到栈中，这其中就包括当前执行到第几行（f_lineno），当前的上下文环境（f_locals），当函数执行结束后，解释器则根据这些信息进行调度，它要根据f_lineno找到下一行要执行的代码，同时根据f_locals来还原现场。仍然以第2小节中的内容来透视函数的调用过程
python函数调用过程

函数逐个调用的过程中，每一次调用都会向栈里压如一次有关函数调用的信息，这其中最重要的就是f_lineno 和 f_locals，一个记录当前函数调用发生在第几行，一个记录当前环境下的变量信息，前者是为了在函数执行结束后找到回来的位置，后者是为了回来以后还原上下文环境。

当c函数执行结束后，栈顶的c_frame被移除，此时栈顶保存的信息是b_frame，b_frame保存的信息包括

<code object b at 0x10f659db0, file "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo2.py", line 7> 8 {'count': 2}

通过frame里信息可以得知，上一次函数调用发生在demo2.py的第8行，因此下一行代码应该执行第9行代码，通过f_locals得知，count的值应该是2，利用f_locals里的信息，还原了现场环境，最终print(count)的输出结果是2