Python进阶之-ast使用详解

✨前言：

ast_1">🌟什么是ast?

ast模块在Python中用于将源码转换成抽象语法树（Abstract Syntax Trees，AST）。通过AST，我们可以读取、修改、分析Python代码。本质上，它将源码转化为树形结构，节点代表语法构造，如表达式、语句等。这对于编写代码分析、优化工具或自动代码生成等任务非常有用。
抽象语法树（AST）组成部分
Expression: 在Python的AST中，Expression节点表示一个表达式。这里，它是整个AST的根节点。Expression节点有一个body属性，用于存储表达式的主体。body=BinOp(…): body属性包含一个BinOp节点，表示一个二元操作（binary operation）。二元操作就是涉及两个操作数的运算，比如加法、减法等。left=Constant(value=2): 在BinOp节点中，left属性表示左侧的操作数。

🌟基本使用

首先，使用import ast命令导入ast模块。

⭐️例1：解析表达式

python">#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
"""
# @Time    : 2024/5/4
# @Author  : Summer
# @File    : test
# @describe:
"""
import astexpression = "(1 + 2) * 3"
tree = ast.parse(expression, mode='eval')print(ast.dump(tree, indent=4))
# Expression(body=BinOp(left=BinOp(left=Constant(value=1, kind=None), op=Add(),
# right=Constant(value=2, kind=None)), op=Mult(), right=Constant(value=3, kind=None)))

该示例中，先通过ast.parse函数解析字符串表达式。mode='eval’表示这是一个表达式。然后利用ast.dump函数打印出该表达式的树形结构，indent=4参数使输出更加易于阅读。

Expression：表示这是一个表达式节点。在AST种，Expression用于包装一个表达式，这里它是根节点。
body：这是Expression节点的主体，它包含了真正的运算逻辑。
BinOp：代表二元操作的节点，即涉及两个操作数的运算。在这个例子中，有两层BinOp。
第一层BinOp（外层）代表乘法操作（Mult()），它的两个操作数分别是： left=BinOp()
(内层)：这个代表加法操作（Add()）。具体包含： left=Constant(value=1,
kind=None)：这是一个常量节点，表示整数1。 right=Constant(value=2,
kind=None)：这也是一个常量节点，表示整数2。这表明内层BinOp表示的表达式是1 + 2。第一层BinOp的另一个操作数是：
right=Constant(value=3, kind=None)：这是一个表示整数3的常量节点。
op：这个属性表示操作类型，Add()是加法操作，Mult()是乘法操作。因此，这整个Expression节点表示的表达式是：(1 +
2) * 3。 kind=None：在Constant节点中，kind属性表示常量的字面种类。

⚠️注意：indent=4参数是python3.9版本之后引入的，需要注意自己的python版本。

⭐️例2：遍历AST节点

要访问AST的每个节点，最直接的方法是使用ast.NodeVisitor类。下面我们实现一个简单的访问者，计算AST树中出现的所有Num节点的总和：

python">#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
"""
# @Time    : 2024/5/4
# @Author  : Summer
# @File    : test
# @describe:
"""
import astclass SumNumbers(ast.NodeVisitor):def __init__(self):self.total = 0def visit_Num(self, node):self.total += node.nself.generic_visit(node)expression = "1 + 2 + (3 * 4)"
tree = ast.parse(expression, mode='eval')
visitor = SumNumbers()
visitor.visit(tree)print(visitor.total)  # 10

上例中，SumNumbers类继承自ast.NodeVisitor，通过定义visit_方法来处理特定类型的节点。这里，我们处理Num节点，即数值。
👉为什么输出是10？
对于表达式 “1 + 2 + (3 * 4)”，简化的AST遍历如下：
数值 1（Constant节点）
数值 2（Constant节点）
数值 3（Constant节点）
数值 4（Constant节点）
根据此逻辑，总结如下：

1出现1次。
2出现1次。
3出现1次（作为乘法操作的一部分）。
4出现1次（作为乘法操作的一部分）。
累加这些数值得到的total是10，实际上，AST保持了源码的结构，对于(3 * 4)，它会以3和4两个独立的Constant节点存在于树中，同时由BinOp节点表示这个乘法操作。

⭐️例3：修改AST节点

若要修改AST，可以使用ast.NodeTransformer类。以下例子把所有的数字乘以2：

python">#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
"""
# @Time    : 2024/5/4
# @Author  : Summer
# @File    : test
# @describe:
"""
import astclass DoubleNumbers(ast.NodeTransformer):def visit_Num(self, node):return ast.copy_location(ast.Num(n=node.n * 2), node)expression = "1 + 2"
tree = ast.parse(expression, mode='eval')
transformer = DoubleNumbers()
new_tree = transformer.visit(tree)print(ast.dump(new_tree))

这个例子通过继承ast.NodeTransformer并重写visit_Num方法，来修改数值节点。ast.copy_location帮助保持原节点的源代码位置信息。

astAttribute_119">⭐️ast.Attribute

ast.Attribute 类型在 Python 的抽象语法树（AST）中用于表示对属性的访问，例如在访问对象的属性或方法时。举一个简单的例子，当你有一个像 object.attribute 这样的代码时，可以通过 ast 模块来解析和理解这种结构。

先看一个具体的代码示例，然后解析它：

python">#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
"""
# @Time    : 2024/5/4
# @Author  : Summer
# @File    : test
# @describe:
"""import ast# 假设我们有如下代码，我们想要解析它
code = """
class MyClass:def method(self):passobj = MyClass()
obj.method()
"""# 使用 ast.parse 将代码字符串解析为 AST
parsed_code = ast.parse(code)# 定义一个访问者类，该类继承自 ast.NodeVisitor
class MyVisitor(ast.NodeVisitor):def visit_Attribute(self, node):print(f"Found an attribute access: {node.attr}")self.generic_visit(node)  # 继续访问节点的子节点# 实例化我们的访问者，并访问解析得到的 AST
visitor = MyVisitor()
visitor.visit(parsed_code)  # Found an attribute access: method

在这个例子中，我们定义了一个名为 MyClass 的类和一个该类的实例 obj。随后，我们通过 obj.method() 调用类的一个方法。我们的目标是通过访问 AST 来找到这种对属性（在这个案例中是方法）的访问。这里，当实例化 MyVisitor 类并调用它的 visit 方法时，它会遍历整个 AST。每当遇到 ast.Attribute 类型的节点时，visit_Attribute 方法将被调用，打印出我们正在访问的属性的名字。输出结果为 Found an attribute access: method 这表明，我们成功地识别了代码中对属性（或方法）method 的访问。

astConstant_163">⭐️ ast.Constant

ast.Constant 是 Python 抽象语法树（AST）中表示字面量值的节点类型。这包括数值字面量（如整数、浮点数）、字符串字面量、布尔值（True 和 False）以及 None。下面通过一个例子介绍如何使用 ast 模块来解析这些常量，并展示如何访问它们。
假设我们有一段包含字面量值的 Python 代码，我们希望解析这段代码并识别出所有的常量值。

python">#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
"""
# @Time    : 2024/5/4
# @Author  : Summer
# @File    : test
# @describe:
"""import ast# 定义一个包含各种常量的代码字符串
code = """
x = 10
y = 3.14
name = "Python"
flag = True
nothing = None
"""# 使用 ast.parse 将代码字符串解析为 AST
parsed_code = ast.parse(code)# 定义一个访问者类，该类继承自 ast.NodeVisitor
class FindConstants(ast.NodeVisitor):def visit_Constant(self, node):print(f"Found a constant: {node.value}")self.generic_visit(node)  # 继续访问节点的子节点# 实例化我们的访问者，并访问解析得到的 AST
finder = FindConstants()
finder.visit(parsed_code)

在这个例子中，我们首先定义了一个包含不同类型常量的代码字符串，随后通过 ast.parse 函数将其解析为 AST。然后，我们定义了一个 FindConstants 类，它是 ast.NodeVisitor 的子类，用于遍历 AST。对于每一个遇到的 ast.Constant 节点，我们将其值打印出来。
输出：

python">Found a constant: 10
Found a constant: 3.14
Found a constant: Python
Found a constant: True
Found a constant: None

这表示我们成功识别并访问了代码中的所有常量。通过这种方式，使用 ast 模块可以使我们能够对 Python 代码进行静态分析，例如识别代码中的硬编码值、分析代码的结构等。ast.NodeVisitor 提供了一种强大的机制，允许我们通过重写其方法来自定义对不同类型节点的访问行为，从而实现对 AST 的遍历和操作。

ast_214">🌟ast常见用途

静态代码分析：分析代码结构，检查编码规范或查找潜在的bug。
代码优化：修改AST，进行诸如常量传播、死码删除等简单优化。
代码生成：根据特定的逻辑生成新的Python代码片段。
注意事项
使用ast时要小心执行任意的Python代码，特别是使用ast.literal_eval时，因为它比eval安全，但仍需谨慎对待输入源。
修改AST需要理解Python的语法结构，否则可能产生语法错误的代码。
ast模块是Python语言强大的特性之一。它不仅允许代码自省和动态修改，还可以用于构建复杂的编程工具和框架。