Python中的名字和作用域

　　Python的名字或者说标识符，相当于其他静态编译语言中的变量名，但有本质上的不同。严格来说，Python是没有变量名这个概念的，在Python中，对象是通过名字访问的，名字和对象之间是一个“绑定”关系，这种绑定是通过“名字绑定操作（赋值语句是其中一种）”完成的，换句话说，标识符（变量名）只是一个字符串，这个字符串是否有意义要看它是否绑定了一个对象。在Python中，每一个模块（文件）定义，每一个类定义，每一个函数定义，都是一个作用域。当在某个作用域引用某个名字时，如果该名字未在该作用域被绑定（例如通过赋值语句），则在上一级作用域中查找。这里需要说明的是，Python中的对象是没有作用域这回事的，所有对象都是“全局”的，只有名字才需考虑作用域，对象是可以通过名字在不同作用域中传递的。

　　在下面例子中的函数main定义中，名字message未在main中被赋值，main函数的执行将修改全局的message，print语句输出["Hello", "World"]。

# 例1
message = ["Hello"]

def main():
    message.append("World")

main()
print(message)

　　如果在main中对message重新进行赋值，则相当于在函数main的作用域中建立了一个新的名字：message。对该新的message的修改不影响全局message。如下例。

# 例2
message = ["Hello"]

def main():
    message = []
    message.append("World")

main()
print(message)

以上程序输出：["Hello"]。

　　如果希望全局的message重新绑定新的列表对象，则可以采用global关键字，如下所示。

# 例3
message = ["Hello"]

def main():
    global message
    message = []
    message.append("World")

main()
print(message)

以上程序输出：["World"]。

　　在Python中，名字的查找是在运行时进行的，在例1中，将message放到main函数定义之后也是一样的结果，如下。

# 例4

def main():
    message.append("World")

message = ["Hello"]
main()
print(message)

以上程序输出与例1相同。

　　然而，名字与作用域的关系并不是在运行时确定的，而是在程序文件被解析（Parse）时确定的，这也意味着global语句的位置与名字作用域的确定无关，换句话说，就是global语句可以放在名字使用之后，产生的效果是一样的，将例3修改如下。

# 例5（不良写法）
message = ["Hello"]

def main():
    message = []
    message.append("World")
    global message

main()
print(message)

以上程序运行结果和例3一致，但这是一种很不良好的写法，Python一般会给出警告。

赋值语句（=）相当于新建立一个名字并将该名字和一个对象绑定，未绑定对象的名字是不能被引用的，复合赋值语句（+=, -=, *=, ...）就有可能造成这种情况。如下例所示。

# 例6（无法运行）

count = 0

def main():
    count += 1

main()
print(count)

　　运行以上程序会出现未绑定对象（UnboundLocalError）错误。在Python中，“a+=b”一般情况下相当于“a = a+b”，所不同的是对a的计算次数不一样，前者只计算一次，并且在当a所引用的对象存在“__iadd__”方法时，调用该方法。但不管什么情况（即使a对象存在“__iadd__”方法），“+=”语句始终在该作用域声明了一个新的名字（注意名字作用域的确定是在程序文件解析时，不是在语句执行时），但该名字未和对象绑定（赋值）！无论是执行“a+=b”还是“a.__iadd__(b)”，都需要a绑定一个对象，所以例6会出错。这时就需要global对名字进行声明，如下所示。

# 例7
count = 0

def main():
    global count
    count += 1

main()
print(count)

以上程序输出：1。

　　以上可以看出，在Python中赋值语句或复合赋值语句和其他静态编译语言（C、C++等）有本质上的不同，可以这样说，在Python中凡是有等号“=”的语句，都会在它出现的那个作用域中查找名字，如果有就直接用，如果没有就新建，不会去上一级作用域中查找。如果不采用赋值语句或复合赋值语句，就不会出现例6中的错误，就像例1中的那样。需要注意的是，尽管对“a += b”在某些情况下相当于执行“a.__iadd__(b)”，但后者只是普通的方法调用，并不会引入新的名字，如下例所示。

# 例8
class A:
    def __init__(self):
        self.count = 0

    def __iadd__(self, n):
        self.count += n
        return self

a = A()

def main():
    a.__iadd__(1)

main()
print(a.count)

　　以上程序可以正常运行，但若是把“a.__iadd__(1)”写成“a+=1”则会出现“UnboundLocalError”错误，当然，用global声明了就不会出现错误了。

　　其实，无论是全局作用域还是局部作用域，都是一个“字典对象”，名字为keyword，对象为value。赋值语句就相当于在字典中插入名字并关联相应的对象。在例6中，将“count+=1”改成“globals()["count"] += 1”，程序将会正常运行。“globals()”函数返回全局作用域的字典对象，同理，“locals()”将返回局部作用域的字典对象。

　　由以上讨论可以看到，在Python中，“名字”本身就是一个对象（字符串），它和对象的绑定是通过字典对象的keyword和value的关联得到的，对名字的赋值就等于在相应的字典对象中建立keyword或更改keyword对应的value，意识到这一点，就可以在Python中正确通过名字操纵对象了。