外部のファイルからimportすることによってpythonの循環参照起こらなくなる理由についてご教授ください

Question

わかりづらいタイトルですみません。
pythonのimportの挙動に関して感覚的にわからない点があったため、お分かりになる方がいらっしゃればお教えいただきたいです。

あるフォルダに以下の３つのファイルがあります。

• main.py
• obj.py
• load_obj_from_main.py

各ファイルの中身は以下です。

main.py

1 print('main.py started')
2 var = 'this is var'
3 
4 print('main.py attempts to import Obj')
5 from obj import Obj
6 print('main.py finished')

obj.py

1 print('obj.py started')
2 from main import var
3 print(var)
4 
5 class Obj:
6     pass
7 
8 print('obj.py finished')                          

まずはここで
python3 main.py
を実行します。

実行結果は以下のように、循環参照でエラーが発生します

main.py started
main.py attempts to import Obj
obj.py started
main.py started
main.py attempts to import Obj
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 5, in <module>
    from obj import Obj
  File "/home/yuki/.___tmp____/circle_import/obj.py", line 2, in <module>
    from main import var
  File "/home/yuki/.___tmp____/circle_import/main.py", line 5, in <module>
    from obj import Obj
ImportError: cannot import name Obj

ここで、load_obj_from_main.pyを準備し、以下のように書きます。

load_obj_from_main.py

1 from main import Obj
2 
3 print(vars(Obj))

python3 load_obj_from_main.py
を実行します。
出力は以下のようになります。

main.py started
main.py attempts to import Obj
obj.py started
this is var
obj.py finished
main.py finished
{'__module__': 'obj', '__dict__': <attribute '__dict__' of 'Obj' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Obj' objects>, '__doc__': None}

循環参照が発生せずに、ちゃんとObjが出力されています。
感覚的には、直接main.pyを実行した時と同じように、main.pyの読み込みが完了していないため、varの準備ができておらず、再度main.pyを読み込みに行ってobj.pyのObjを再度読もうとし、未定義のためimportエラーが発生するかと思ったのですがしっかりvarを読み込めています。

この直接main.pyを読んだ時と違って間接的に（？）読み込んだ時はなぜmain.pyのvarを取得できているのでしょうか。
python初心者で未熟者のためなぜこのような挙動になっているのか理解できておりません。

皆様にご教授いただけますと幸いです。

Answer 1

これは循環インポートだからエラーになっているのではないのです。

正しくは
mainを先にインポートするとエラーにならないけれども、objを先にインポートするとエラーになる
と解釈するべきです。

---

import obj

という1行だけの実行スクリプトを実行してみればImportError: cannot import name Objという同様のエラーがでることが確認できるはずです。
また

import main

であれば

main.py started
main.py attempts to import Obj
obj.py started
this is var
obj.py finished
main.py finished

という結果を見ることができます。

main内ではvarが名前空間に束縛された後にobjをインポートしています。objの中でmainがインポートされた時にはmainの名前空間にvarがあるので、mainを先にインポートするとエラーになりません。

obj内ではObjが名前空間に束縛される前にmainをインポートしています。mainの中でobjがインポートされた時にはobjの名前空間にObjがないので、objを先にインポートするとObjが取り出せずにエラーになります。

---

では、なぜpython main.pyとするとエラーが起きるのかという話です。

pythonの引数に指定したファイルやコード（トップレベルのコードと呼ばれる様ですが）は、__main__というモジュール名で束縛されるからです。
https://docs.python.org/ja/3/library/main.html

python main.pyとすると「main.pyの内容を使って__main__というモジュールがロードされる」のであって、mainというモジュールがロードされるのではないのです。
その中でまずobjをインポートしていますから「objを先にインポートしている」ことになってエラーが起きています。

python load_obj_from_main.pyでは正しく「mainを先にインポートしている」のでエラーが起きません。

Comments

[yuki8891]

お礼が遅くなってしまい申し訳ありません。とてもわかりやすい解説で感動しました。
実際にこの問題は、実際に構築していてずっと謎だったことでして、今まで同様の問題が起きると理由もよくわかっていないまま、別のファイルからimportするという対症療法でしのいでいたのですが、ずっと理解できずにモヤモヤしていました。

python main.pyとすると「main.pyの内容を使って__main__というモジュールがロードされる」のであって、mainというモジュールがロードされるのではないのです。

これをお教えくださったおかげでとてもよく理解できました。大変助かりました。
誠にありがとうございました。