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十、global 和 nonlocal 作用域

该部分内容涉及 Python 变量作用域相关知识，变量作用域指的是变量的有效作用范围，直接理解就是 Python 中的变量不是任意位置都可以访问的，有限制条件。

一般情况下变量的作用域变化范围是块级、函数、类、模块、包等，级别是从小到达。Python 中是没有块级作用域的，所以我们在写代码的时候，下面的代码是正确的。

if True:
    x = "hello world"
# 因为没有块级作用域，故 if 代码块中的变量 x 可以被外部访问到
print(x)

在 Python 中常见的块级作用域有 if 语句、for 语句、while 语句、with 上下文语句。

10.1 Python 中的作用域

上文已经提及了作用域是 Python 程序可以直接访问一个变量的作用范围，Python 的作用域一共有 4 种，分别如下：

L（Local）：最内层，包含局部变量，例如函数（方法）内部；
E（Enclosing）：包含非局部（nonlocal）也非全局（nonglobal）的变量，在嵌套函数中，函数 A 包含函数 B，在 B 中去访问 A 中的变量，作用域就是 nonlocal，直白理解就是闭包函数外的函数中的变量；
G（Global）：代码最外层，全局变量；
B（Built-in）：包含内建变量。

一个比较经典的案例如下：

# 内建作用域 Built-in
x = int(5/2)

# 全局作用域 Global
global_var = 0

def outer():
    # 闭包函数外的函数中 Enclosing
    out_var = 1

    def inner():
        # 局部作用域 Local
        inner_var = 2

在 Python 中变量寻找的顺序是从内到外，先局部，然后外部，在全局，在内建，这种规则叫做 LEGB 规则。

增加以下学习的趣味性，你可以研究下述代码中变量是如何变化的。

len = len([])
def a():
    len = 1
    def b():
        len = 2
        print(len)
    b()
a()

10.2 global 关键字

定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，定义在函数外部的变量拥有全局作用域。

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。

# 全局变量
x = 0
def demo():
    # 此时的 x 是局部变量
    x = 123
    print("函数内是局部变量 x = ", x)

demo()
print("函数外是全局变量 x= ", x)

输出结果，函数内部是 123，函数外部依旧是 0。

如果希望函数内部（内部作用域）可以修改外部作用域的变量，需要使用 global 关键字。

# 全局变量
x = 0

def demo():
    # 此时的 x 是全局变量
    global x
    x = 123
    print("函数内是局部变量 x = ", x)

demo()
print("函数外是全局变量 x= ", x)

此时输出的就都是 123 了，还有一点需要注意，在函数内容如果希望修改全局变量的值，global 关键字一定要写在变量操作前。

def demo():
    # 此时的 x 是全局变量

    x = 123
    global x
    print("函数内是局部变量 x = ", x)

该代码会出现语法错误：

SyntaxError: name 'x' is assigned to before global declaration

除了以上知识外，要记住在函数内部使用一个变量，不修改值的前提下，没有声明，默认获取的是全局变量的值。

x = "全局变量"

def demo():
    print(x)

demo()

全局变量还存在一个面试真题，经常出现，请问下述代码运行结果。

x = 10

def demo():
    x += 1
    print(x)

demo()

结论是报错，原因就是 demo 函数运行时，会先计算 x+1，对变量进行计算之前需要进行声明与赋值，但是函数内部对 x 没有初始化操作，故报错。

10.3 nonlocal 关键字

如果要修改嵌套作用域（Enclosing 作用域）中的变量，需要 nonlocal 关键字，测试代码如下：

def outer():
    num = 10

    def inner():
        # nonlocal 关键字
        nonlocal num
        num = 100
        print(num)
    inner()
    print(num)

outer()

输出结果自行测试，注意 nonlocal 关键字必须是 Python3.X+版本，Python 2.X 版本会出现语法错误：

 nonlocal num
         ^
SyntaxError: invalid syntax`

nonlocal 不能代替 global，例如下述代码，注释掉外层函数的变量声明，此时会出现 SyntaxError: no binding for nonlocal 'num' found 错误。

num = 10
def outer():
    # 注释掉本行
    # num = 10

    def inner():
        # nonlocal 关键字
        nonlocal num
        num = 100
        print(num)

    inner()
    print(num)

outer()

在多重嵌套中，nonlocal 只会上溯一层，如果上一层没有，则会继续上溯，下述代码你可以分别注释查看结果。

num = 10
def outer():

    num = 100

    def inner():

        num = 1000
        def inner1():
            nonlocal num
            num = 10000
            print(num)
        inner1()
        print(num)

    inner()
    print(num)

outer()

局部变量和全局变量具体有哪些，可以通过 locals() 和 globals() 两个内置函数获取。

x = "全局变量"

def demo():
    y = "局部变量"
    print(locals())
    print(x)

demo()
print(globals())
print(locals())

10.4 这篇博客的总结

本篇博客为大家说明了 Python 的作用域，并且对 global 和 nonlocal 关键字进行了学习，希望对你有所帮助。
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滚雪球学 Python 之作用域下的 global 和 nonlocal 关键字