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Hanpeng Chen的个人博客

Python从小白到攻城狮(15)——命名空间和作用域

本文于 899 天之前发表,文中内容可能已经过时。

命名空间

定义

命名空间(Namespace):从名称到对象的映射,大部分的命名空间都是通过Python字典来实现的。

命名空间提供了在项目中避免名字冲突的一种方法。各个命名空间是独立的,没有任何关系的,所以一个命名空间中不能有重复名,但不同的命名空间是可以重名而没有任何影响。

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):模块定义的名称,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。
  • 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)

命名空间的查找顺序

假设我们要使用变量count,那么查找顺序为:局部的命名空间 -> 全局的命名空间 -> 内置的命名空间
如果找不到count,程序将放弃查找并返回一个 NameError 异常:

命名空间的生命周期

命名空间的生命周期取决于对象的作用域,如果对象执行完成,则该命名空间的生命周期就结束。

因此,我们无法从外部命名空间访问内部命名空间的对象。我们通过下面的例子来更直观地了解这一点:

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# var1为全局名称
var1 = 5
def test_function():
# var2为局部名称
var2 = 10
def inner_test_function():
# var3为内嵌的局部名称
var3 = 15

作用域

定义

作用域是一个Python程序可以直接访问命名空间的正文区域。

在一个 python 程序中,直接访问一个变量,会从内到外依次访问所有的作用域直到找到,否则会报未定义的错误。

Python 中,程序的变量并不是在哪个位置都可以访问的,访问权限决定于这个变量是在哪里赋值的。

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,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。

规则顺序: L –> E –> G –>B

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,再者去内置中找。

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:

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>>> 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:

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>>> if True:
... msg = 'I am from Runoob'
...
>>> msg
'I am from Runoob'
>>>

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:

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>>> def test():
... msg_inner = 'I am from Runoob'
...
>>> msg_inner
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'msg_inner' is not defined
>>>

从报错的信息上看,说明了 msg_inner 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。

全局变量和局部变量

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。如下实例:

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total = 0 # 这是一个全局变量
# 可写函数说明
def sum( arg1, arg2 ):
#返回2个参数的和."
total = arg1 + arg2 # total在这里是局部变量.
print ("函数内是局部变量 : ", total)
return total

#调用sum函数
sum( 10, 20 )
print ("函数外是全局变量 : ", total)

输出结果如下:

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函数内是局部变量 :  30
函数外是全局变量 : 0

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。

以下实例修改全局变量 num:

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

输出结果如下:

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123
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,如下实例:

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

以上实例输出结果:

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100
100

另外有一种特殊情况,假设下面这段代码被运行:

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

以上程序执行,报错信息如下:

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Traceback (most recent call last):
File "test.py", line 7, in <module>
test()
File "test.py", line 5, in test
a = a + 1
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

错误信息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。

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,实例如下:

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

执行输出结果为:11

文中示例代码python-learning

未完待续,持续更新中……

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