Python命名空间和作用域
Python命名空间和作用域
经常搞不清楚Python的命名空间和作用域，查阅了一些网上的资料，并自行做了一些测试，将结果整理成本笔记。
文章目录
- Python命名空间和作用域
-
- 命名空间
- 作用域
- 全局变量和局部变量
-
- `global`和`nonlocal`关键词
- 模块变量的作用域
命名空间
命名空间是从名称到对象的映射，Python大部分的命名空间都是通过字典来实现的，它的键就是变量名，它的值就是那些变量的值，核心作用是避免名字冲突。
- python中有三个命名空间：
- 局部命名空间（local namespace）：记录了函数的参数和局部定义的变量（类中定义也是），通过
locals()查看局部命名空间 - 全局命名空间（global namespace）：记录了模块的变量，包括函数，类，其他导入的模块，模块级的变量和常量，通过
globals()查看全局命名空间 - 内置命名空间（build-in）：存放内置的函数和异常，例如：
abs()
- 局部命名空间（local namespace）：记录了函数的参数和局部定义的变量（类中定义也是），通过
- 命名空间查找顺序：
- 局部的命名空间 -> 全局命名空间 -> 内置命名空间
- 命名空间的生命周期：
- 内置命名空间，python解释器启动时创建，退出时销毁
- 全局命名空间，模块定义被解释器读入时创建，解释器退出时销毁
- 局部命名空间，函数调用时创建，函数返回或者异常时销毁
作用域
变量的作用域决定了在哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。
- Python 的作用域一共有4种：
- 局部作用域：包含局部变量，比如一个函数/方法内部
- 嵌套作用域：包含了非局部(non-local)也非全局(non-global)的变量。比如两个嵌套函数，一个函数（或类） A 里面又包含了一个函数 B ，那么对于 B 中的名称来说 A 中的作用域就为 nonlocal
- 全局作用域：当前脚本的最外层，比如当前模块的全局变量
- 内建作用域：包含了内建的变量/关键字等
- 作用域链：
- 规则顺序： L –> E –> G –> B
- Python 中只有模块（module），类（class）以及函数（def、lambda）才会引入新的作用域，其它的代码块（如 if/elif/else/、try/except、for/while等）是不会引入新的作用域的，也就是说这些语句内定义的变量，外部也可以访问。
g_count = 0 # 全局作用域
def outer():
o_count = 1 # 闭包函数外的函数中
def inner():
i_count = 2 # 局部作用域
全局变量和局部变量
- 定义：
- 全局变量：所有函数之外定义的变量
- 局部变量：函数内部定义的变量，或者类、模块里的变量
函数内部的变量名如果第一次出现，且出现在=前面，即被视为定义了一个局部变量，不管全局域中有没有该变量名，函数中使用的将是局部变量。从下方的示例中可以看到，在函数内部无法修改全局变量值：
num = 1 # 全局变量
def fun1():
num = 123 # 局部变量
print(num) # 输出结果 123
fun1()
123
以下示例为嵌套作用域，同样，局部作用域无法修改嵌套作用域中变量：
def outer():
num = 10
def inner():
num = 100
print(f'inner print:{num}')
print(f'inner locals:{locals()}')
inner()
print(f'outer print:{num}')
print(f'outer locals:{locals()}')
outer()
inner print:100
inner locals:{'num': 100}
outer print:10
outer locals:{'num': 10, 'inner': .inner at 0x000002CED4813820>}
global和nonlocal关键词
当内部作用域想修改外部作用域的变量时用到。
global：修改全局变量nonlocal：修改嵌套作用域（enclosing 作用域，外层非全局作用域）中的变量
以下示例通过global关键字声明，修改全局变量：
"""
以下实例修改全局变量num
"""
num = 1
def fun1():
global num # 需要使用 global 关键字声明，如无名为num的全局变量，则重新定义
print(num) # 输出结果 1
num = 123
print(num) # 输出结果 123
fun1()
1
123
输出结果123，说明修改了全局变量:
print(num)
123
以下示例通过nonlocal关键字声明，修改嵌套作用域变量：
"""
以下实例修改嵌套作用域变量num
"""
def outer():
num = 10
def inner():
nonlocal num # nonlocal关键字声明
num = 100
print(num)
inner()
print(num)
outer()
100
100
模块变量的作用域
定义test_module.py, 其中将a赋值为3。如下命令可以在notebook中查看.py文件:
# %load test_module.py
a = 3
- 其他模块的变量，在当前模块导入后，在当前模块的任何地方，包括函数都可以通过
模块.变量访问，包括读写：
# 导入模块
import test_module
def f1():
test_module.a = 5
print(test_module.a)
3
f1()
执行f1()后，模块变量a的值被成功修改
# 执行`f1()`后，模块变量`a`的值被成功修改
print(test_module.a)
5
在嵌套函数内，也可以读写导入模块的变量：
def f2():
def f22():
print(test_module.a)
f22()
f2()
5
def f2():
def f22():
test_module.a = 6
print(test_module.a)
f22()
f2()
6
print(test_module.a)
6
import导入模块，多次执行， 实际只执行第一次，可以看到a的值没有变化
import test_module # 再次执行导入模块，不会再执行了
print(test_module.a)
6
reload重新加载后，a的值重置为3
from importlib import reload
reload(test_module) # reload 重新真正运行模块
print(test_module.a)
3
- 在本模块头部引用外部模块变量，所有函数都能访问。 如果只在本模块的某个函数中导入外部模块变量 ，只在该函数中访问， 在本模块、本模块其他函数中都无法访问外部模块变量
def f3():
import test_module
print(test_module.a)
f3()
3
print(test_module.a)
---------------------------------------------------------------------------
NameError Traceback (most recent call last)
Input In [3], in | ()
----> 1 print(test_module.a)
NameError: name 'test_module' is not defined
| - 本模块的变量, 在函数中访问时，第一次出现是读操作，直接使用
b = 8
def f4():
print(b) # 第一次使用 b 是 读取,是全局变量
f4()
8
print(b)
8
- 本模块的变量，在函数中访问时，第一次出现是写操作，必须global 声明，否则变成局部变量
def f5():
b = 9 # 第一次使用 b 是 赋值,是函数局部变量
f5()
print(b)
8
def f5():
global b # 强制全局变量
b = 9
f5()
print(b)
9
• 参考资料：
o Python3 命名空间和作用域 | 菜鸟教程
o python进阶之命名空间与作用域 - 金色旭光 - 博客园
o python 归纳 (六)_模块变量作用域 - sunzebo - 博客园