深入了解Python 变量作用域

脚本专栏 2024/12/25 佚名

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特点

python的作用域是静态的，在源代码中变量名被赋值的位置决定了该变量能被访问的范围。即Python变量的作用域由变量所在源代码中的位置决定。Python中并不是所有的语句块中都会产生作用域。只有当变量在Module(模块)、Class(类)、def(函数)中定义的时候，才会有作用域的概念。

1. 函数内部的变量，函数外部不能访问

def func():
  variable = 100 
  print(variable) 
print(variable) # name 'variable' is not defined

2. 函数上层的变量(标量)只能读取，不能再次定义，初始化

def counter1():
  n = 0
  def compute():
    n = n + 1 # n为标量（数值，字符串，浮点数），Python程序会因为“如果内部函数有引用外部函数的同名变量或者全局变量,并且对这个变量有修改.那么python会认为它是一个局部变量,又因为函数中没有n的定义和赋值，所以报错
    # y = n + 1 # 更改为y就没事
    # return y
    return n
  return compute

variable = 300
def test_scopt():
  print(variable) # 此时调用局部变量variable并有没绑定到一个内存对象(没有定义和初始化，即没有赋值)。本质上还是遵循的LEGB法则
  variable = 200 #因为这里，前面调用过一次，所以variable就变为了局部变量
  # print(variable) # 写在下面就没问题，因为variable是新的局部变量，而不是重新被定义，却没有绑定
test_scopt()

Python中的模块代码在执行之前，并不会经过预编译，但是模块内的函数体代码在运行前会经过预编译，因此不管变量名的绑定发生在作用域的那个位置，都能被编译器知道。Python虽然是一个静态作用域语言，但变量名查找是动态发生的，直到在程序运行时，才会发现作用域方面的问题,

3. list，dict等复合变量里面的值都可以引用更改

def counter():
  n = [0]
  def compute():
    n[0] += 1 # 更改的是n里面的第一个值，不是更改n
    return n[0]
  return compute

func = counter()
func() # 1
func() # 2
func() # 3

4. global 声明全局变量，如果在局部要对全局变量修改，需要在局部也要先声明该全局变量

def counter1():
  n = 0
  def compute():
    global n # 如果在局部要对全局变量修改，需要在局部也要先声明该全局变量,但此处也会报错，因为没有全局变量n
    n += 1
    return n
  return compute


# right
def counter1():
  global n
  n = 0
  def compute():
    global n
    n += 1
    return n
  return compute

5. nonlocal关键字用来在函数或其他作用域中使用外层(非全局)变量

def make_counter():
  count = 0
  def counter():
    nonlocal count # 使用外层非全局变量
    count += 1
    return count
  return counter

作用域的类型

在Python中，使用一个变量时并不严格要求需要预先声明它，但是在真正使用它之前，它必须被绑定到某个内存对象(被定义、赋值)；这种变量名的绑定将在当前作用域中引入新的变量，同时屏蔽外层作用域中的同名变量。

L(local)局部作用域

局部变量：包含在def关键字定义的语句块中，即在函数中定义的变量。每当函数被调用时都会创建一个新的局部作用域。Python中也有递归，即自己调用自己，每次调用都会创建一个新的局部命名空间。在函数内部的变量声明，除非特别的声明为全局变量，否则均默认为局部变量。有些情况需要在函数内部定义全局变量，这时可以使用global关键字来声明变量的作用域为全局。局部变量域就像一个栈，仅仅是暂时的存在，依赖创建该局部作用域的函数是否处于活动的状态。所以，一般建议尽量少定义全局变量，因为全局变量在模块文件运行的过程中会一直存在，占用内存空间。
注意：如果需要在函数内部对全局变量赋值，需要在函数内部通过global语句声明该变量为全局变量。

E(enclosing)嵌套作用域

E也包含在def关键字中，E和L是相对的，E相对于更上层的函数而言也是L。与L的区别在于，对一个函数而言，L是定义在此函数内部的局部作用域，而E是定义在此函数的上一层父级函数的局部作用域。主要是为了实现Python的闭包，而增加的实现。

G(global)全局作用域

即在模块层次中定义的变量，每一个模块都是一个全局作用域。也就是说，在模块文件顶层声明的变量具有全局作用域，从外部开来，模块的全局变量就是一个模块对象的属性。
注意：全局作用域的作用范围仅限于单个模块文件内

B(built-in)内置作用域

系统内固定模块里定义的变量，如预定义在builtin 模块内的变量。

作用域链：变量名解析LEGB法则

搜索变量名的优先级：局部作用域 > 嵌套作用域 > 全局作用域 > 内置作用域
LEGB法则：当在函数中使用未确定的变量名时，Python会按照优先级依次搜索4个作用域，以此来确定该变量名的意义。首先搜索局部作用域(L)，之后是上一层嵌套结构中def或lambda函数的嵌套作用域(E)，之后是全局作用域(G)，最后是内置作用域(B)。按这个查找原则，在第一处找到的地方停止。如果没有找到，则会出发NameError错误。

example 1

name = "lzl"

def f1():
  print(name)

def f2():
  name = "eric"
  f1()
  
f2() # 在函数未执行之前，作用域链就已经形成了，此时f1()的上一级应该name = 'lzl'

example 2

def scope_test():
  def do_local():
    spam = "local spam" # 此函数定义了另外的一个spam字符串变量，并且生命周期只在此函数内。此处的spam和外层的spam是两个变量，如果写出spam = spam + “local spam” 会报错
  def do_nonlocal():
    nonlocal spam  # 使用外层的spam变量 test spam
    spam = "nonlocal spam"
  def do_global():
    global spam
    spam = "global spam"
  spam = "test spam"
  do_local()
  print("After local assignmanent:", spam) # test spam
  do_nonlocal()
  print("After nonlocal assignment:",spam) # nonlocal spam
  do_global()
  print("After global assignment:",spam) # nonlocal spam "In global scope:",spam) # global spam

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