23.python3命名空间与作用域

命名空间与作用域概述

命名空间和作用域到底是什么？

举个栗子：比如一年级有两个叫张三的小朋友，那我们怎么来区分他们呢？这里就不得不加上额外的信息来区分了，比如一班的张三和四班的张三，这样就将二者分开了，那么这里的几班就是我们说的命名空间，而一班的张三只在一班起作用，四班的张三只在四班起作用，不会算在其他班级，这就是我们所谓的作用域。

python3中的命名空间和作用域

在程序中，也经常碰到“重名”的问题，为了解决这个标识符重名的问题，就引入了命名空间这个概念，在不同的命名空间中，是允许重名的，而且是没有影响的。

一般有三种命名空间：

内置名称（built-in names）， Python 语言内置的名称，比如函数名 abs、char 和异常名称 BaseException、Exception 等等。
全局名称（global names），模块中定义的名称，记录了模块的变量，包括函数、类、其它导入的模块、模块级的变量和常量。
局部名称（local names），函数中定义的名称，记录了函数的变量，包括函数的参数和局部定义的变量。（类中定义的也是）

命名空间

image.png

1. 每个命名空间相对独立，不同的命名空间中标识符（变量）是允许重名的；

2. 命名空间可以嵌套，嵌套的命名空间是可以直接访问外面的命名空间的标识符（变量），即由内而外，如“函数A命名空间”可以直接访问“全局命名空间”中的标识符（变量），也可以直接访问“内置命名空间”中的标识符（变量），反之不可以；

3. 非嵌套的命名空间之间是不可以直接访问的，如函数A命名空间不可以直接访问函数B命名空间的标识符（变量）；

4. 在嵌套命名空间中，通常情况下仅允许由内向外的直接访问，但不允许直接修改（如若需要修改，可借助关键字global、nonlocal，一般不推荐使用）；

作用域

Python的作用域一共有4种，分别是：
L（Local）：最内层，包含局部变量，比如一个函数/方法内部。
E（Enclosing）：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。
G（Global）：当前脚本的最外层，比如当前模块的全局变量。
B（Built-in）： 包含了内建的变量/关键字等，最后被搜索

image.png

内置作用域是通过一个名为 builtin 的标准模块来实现的，但是这个变量名自身并没有放入内置作用域内，所以必须导入这个文件才能够使用它。在Python3.0中，可以使用以下的代码来查看到底预定义了哪些变量:

import builtins
dir(builtins)

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，如下代码：

if True:
   msg = 'I am from China'

print(msg)        #输出结果：I am from China

实例中 msg 变量定义在 if 语句块中，但外部还是可以访问的。

如果将 msg 定义在函数中，则它就是局部变量，外部不能访问：

def test():
    msg = 'I am from Sichuan'

print(msg)      #报错为msg 未定义，无法使用，因为它是局部变量，只有在函数内可以使用。

综合上例可知：定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，定义在函数外的拥有全局作用域。局部变量只能在其被声明的函数内部访问，而全局变量可以在整个程序范围内访问。调用函数时，所有在函数内声明的变量名称都将被加入到作用域中。

global 和 nonlocal关键字

当内部作用域想修改外部作用域的变量时，就要用到global和nonlocal关键字了。

num = 1
def fun1():
    global num  # 需要使用 global 关键字声明
    print(num)    #输出1
    num = 123    #输出123
    print(num)
fun1()
print(num)    #输出123

如果要修改嵌套作用域（enclosing 作用域，外层非全局作用域）中的变量则需要 nonlocal 关键字了

def outer():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num   # nonlocal关键字声明
        num = 100
        print(num)     #输出100
    inner()
    print(num)     #输出100
outer()

另外有一种特殊情况

a = 10
def test():
    a = a + 1
    print(a)    #报错为局部作用域引用错误，因为 test 函数中的 a 使用的是局部，未定义，无法修改。
test()

修改 a 为全局变量，通过函数参数传递，可以正常执行输出结果

a = 10
def test(a):
    a = a + 1
    print(a)    #输出11
test(a)