Python教程-变量作用域

变量作用域

提到函数就必须介绍变量的作用域相关内容。

作用域指的是变量的有效范围。并非所有位置都可以访问变量，访问权限取决于变量在哪里赋值，即在哪个作用域内。

在大多数编程语言中，变量的作用域可以按代码结构形式划分为块级、函数级、类级、模块级和包级等级别，从小到大。但在Python中，没有块级作用域的概念。例如，if语句块、for语句块、with上下文管理器等，它们与普通语句等同，不存在独立的作用域。

>>> if True:            # if语句块没有作用域
    x = 1   
>>> x
1
>>> def func():         # 函数有作用域
    a = 8   
>>> a
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#3>", line 1, in <module>
    a
NameError: name 'a' is not defined

在前面的例子中，我们可以看到，if语句块内定义的变量x，可以在外部访问，而在函数func()内定义的变量a，却不能在函数外部访问。

通常情况下，函数内部的变量只能在函数内部访问，而类内部的变量只能在类的内部访问。简而言之，内部代码可以访问外部变量，但外部代码通常无法访问内部变量。

Python的作用域分为4层，分别是：

L（Local）：局部作用域
E（Enclosing）：闭包函数外的函数中
G（Global）：全局作用域
B（Built-in）：内置作用域

x = int(2.9)  # 内建作用域，查找int函数

global_var = 0  # 全局作用域
def outer():
    out_var = 1  # 闭包函数外的函数中
    def inner():
        inner_var = 2  # 局部作用域

前面说的都是变量可以找得到的情况，那如果出现本身作用域没有定义的变量，那该如何寻找呢？

Python以L –> E –> G –>B的规则查找变量，即：在局部找不到，便会去局部外的局部找（例如闭包），再找不到就会去全局找，最后去内建中找。如果这样还找不到，那就提示变量不存在的错误。例如下面的代码，函数func内部并没有定义变量a，可是print函数需要打印a，那怎么办？向外部寻找！按照L –> E –> G –>B的规则，层层查询，这个例子很快就从外层查找到了a，并且知道它被赋值为1，于是就打印了1。

a = 1

def func():
    print(a)

全局变量和局部变量

变量的作用域分为局部作用域和全局作用域。

局部作用域指的是在函数内部定义的变量，只能在其所在的函数内部访问。这些变量被称为局部变量，其作用范围仅限于函数内部。

全局作用域指的是在函数外部定义的变量，可以在整个程序范围内访问。这些变量被称为全局变量，其作用范围包括函数内部和外部。

需要注意的是，调用函数时，函数内部声明的变量名称会被加入到局部作用域中，而全局变量可以在函数内部访问。但是在函数内部，如果存在与全局变量同名的局部变量，局部变量将覆盖全局变量。

a = 1               # 全局变量

def func():
    b = 2           # 局部变量
    print(a)        # 可访问全局变量a,无法访问它内部的c

    def inner():
        c = 3       # 更局部的变量
        print(a)    # 可以访问全局变量a
        print(b)    # b对于inner函数来说，就是外部变量
        print(c)

global和nonlocal关键字

我们先看下面的例子：

total = 0                        # total是一个全局变量

def plus( arg1, arg2 ):
    total = arg1 + arg2          # total在这里是局部变量.
    print("函数内局部变量total=  ", total)
    print("函数内的total的内存地址是: ", id(total))
    return total

plus(10, 20)
print("函数外部全局变量total= ", total)
print("函数外的total的内存地址是: ", id(total))

很明显，函数plus内部通过total = arg1 + arg2语句，新建了一个局部变量total，它和外面的全局变量total是两码事。而如果我们，想要在函数内部修改外面的全局变量total呢？使用global关键字！

global：指定当前变量使用外部的全局变量

total = 0                        # total是一个全局变量

def plus( arg1, arg2 ):
    global total    # 使用global关键字申明此处的total引用外部的total
    total = arg1 + arg2          
    print("函数内局部变量total=  ", total)
    print("函数内的total的内存地址是: ", id(total))
    return total

plus(10, 20)
print("函数外部全局变量total= ", total)
print("函数外的total的内存地址是: ", id(total))

打印结果是：

函数内局部变量total=   30
函数内的total的内存地址是:  503494624
函数外部全局变量total=  30
函数外的total的内存地址是:  503494624

我们再来看下面的例子：

a = 1
print("函数outer调用之前全局变量a的内存地址： ", id(a))

def outer():
    a = 2
    print("函数outer调用之时闭包外部的变量a的内存地址： ", id(a))
    def inner():
        a = 3
        print("函数inner调用之后闭包内部变量a的内存地址： ", id(a))
    inner()
    print("函数inner调用之后，闭包外部的变量a的内存地址： ", id(a))
outer()
print("函数outer执行完毕，全局变量a的内存地址： ", id(a))

如果你将前面的知识点都理解通透了，那么这里应该没什么问题，三个a各是各的a，各自有不同的内存地址，是三个不同的变量。打印结果也很好的证明了这点：

函数outer调用之前全局变量a的内存地址：  493204544
函数outer调用之时闭包外部的变量a的内存地址：  493204576
函数inner调用之后闭包内部变量a的内存地址：  493204608
函数inner调用之后，闭包外部的变量a的内存地址：  493204576
函数outer执行完毕，全局变量a的内存地址：  493204544

那么，如果，inner内部想使用outer里面的那个a，而不是全局变量的那个a，怎么办？用global关键字？先试试看吧：

a = 1
print("函数outer调用之前全局变量a的内存地址： ", id(a))
def outer():
    a = 2
    print("函数outer调用之时闭包外部的变量a的内存地址： ", id(a))
    def inner():
        global a   # 注意这行
        a = 3
        print("函数inner调用之后闭包内部变量a的内存地址： ", id(a))
    inner()
    print("函数inner调用之后，闭包外部的变量a的内存地址： ", id(a))
outer()
print("函数outer执行完毕，全局变量a的内存地址： ", id(a))

运行结果如下，很明显，global使用的是全局变量a。

函数outer调用之前全局变量a的内存地址：  494384192
函数outer调用之时闭包外部的变量a的内存地址：  494384224
函数inner调用之后闭包内部变量a的内存地址：  494384256
函数inner调用之后，闭包外部的变量a的内存地址：  494384224
函数outer执行完毕，全局变量a的内存地址：  494384256

那怎么办呢？使用nonlocal关键字！它可以修改嵌套作用域（enclosing 作用域，外层非全局作用域）中的变量。将global a改成nonlocal a，代码这里我就不重复贴了，运行后查看结果，可以看到我们真的引用了outer函数的a变量。

函数outer调用之前全局变量a的内存地址：  497726528
函数outer调用之时闭包外部的变量a的内存地址：  497726560
函数inner调用之后闭包内部变量a的内存地址：  497726592
函数inner调用之后，闭包外部的变量a的内存地址：  497726592
函数outer执行完毕，全局变量a的内存地址：  497726528

面试真题：

不要上机测试，请说出下面代码的运行结果：

a = 10
def test():
    a += 1
    print(a)
test()

很多同学会说，这太简单了！函数内部没有定义a，那么就去外部找，找到a=10，于是加1，打印11！

我会告诉你，这段代码有语法错误吗？a += 1相当于a = a + 1，按照赋值运算符的规则是先计算右边的a+1。但是，Python的规则是，如果在函数内部要修改一个变量，那么这个变量需要是内部变量，除非你用global声明了它是外部变量。很明显，我们没有在函数内部定义变量a，所以会弹出局部变量在未定义之前就引用的错误。

更多的例子：

再来看一些例子（要注意其中的闭包，也就是函数内部封装了函数）：

name = 'jack'

def outer():
    name='tom'

    def inner():
        name ='mary'
        print(name)

    inner()

outer()

上面的题目很简单，因为inner函数本身有name变量，所以打印结果是mary。那么下面这个呢？

name ='jack'

def f1():
    print(name)

def f2():
    name = 'eric'
    f1()

f2()

这题有点迷惑性，想了半天，应该是‘eric’吧，因为f2函数调用的时候，在内部又调用了f1函数，f1自己没有name变量，那么就往外找，发现f2定义了个name，于是就打印这个name。错了！！！结果是‘jack’！

Python函数的作用域取决于其函数代码块在整体代码中的位置，而不是调用时机的位置。调用f1的时候，会去f1函数的定义体查找，对于f1函数，它的外部是name ='jack'，而不是name = 'eric'。

再看下面的例子，f2函数返回了f1函数：

name = 'jack'

def f2():
    name = 'eric'
    return f1

def f1():
    print(name)

ret = f2()
ret()

仔细回想前面的例子，其实这里有异曲同工之妙，所以结果还是‘jack’。

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