Python 变量作用域

Posted 2020-11-04 月缺一格

Python 变量作用域

变量作用域LEGB
1、变量的作用域
在Python程序中创建、改变或查找变量名时，都是在一个保存变量名的空间(命名空间)中进行的，我们称这个命名空间为作用域。Python的作用域是静态的，在源代码中变量名被赋值的位置决定了该变量能被访问的范围，即Python变量的作用域由变量所在源代码中的位置决定。

2、高级语言对数据类型的使用过程
一般的高级语言在使用变量时，都会有下面4个过程，当然不同的语言也会有着区别：

• 1.声明变量：让编译器知道由这个变量的存在；
• 2.定义变量：为不同数据类型的变量分配内存空间；
• 3.初始化：赋值，填充分配好的内存空间；
• 4.引用：通过引用对象(变量名)来调用内存对象(内存数据)；

3、作用域的产生
就作用域而言，Python与C有着很大的区别，在Python中并不是所有的语句块都会产生作用域。只有当变量在Module(模块)、Class(类)、def(函数)中定义的时候，才会有作用域的概念。如下代码：

def func():
    variable = 100
    print(variable)

print(variables)        # NameError: name ‘variables‘ is not defined，在pycharm中就会自动报错

在作用域中定义的变量，一般只在作用域中有效。需要注意的是：在if-elif-else、for-else、while、try-except/try-finally等关键字的语句块中并不会产生作用域，如下代码：

if True:
    variable = 100
    print(variable)     # 100

print("*"*12)       # ************
print(variable)     # 100

所以，可以看到，虽然在if语句中定义的variable变量，但是在if语句外仍然能够使用。

4、作用域的类型：
在Python中，使用一个变量时并不严格要求预先声明它，但是在真正使用它之前，他必须被绑定到某个内存对象(被定义、赋值)；这种变量名的绑定将在当前作用域中引入新的变量，同事屏蔽外层作用域中的同名变量。
L(local)局部变量作用域
局部变量：包含在def关键字定义的语句块中，即在函数中定义的变量。每当函数被调用时都会创建一个新的局部作用域。Python中也有递归，即自己调用自己，每次调用都会创建一个新的局部命名空间。在函数内部的变量声明，除非特别的声明为全局变量，否则均默认为局部变量。有些情况需要在函数内部定义全局变量，这时可以使用global关键字来声明变量的作用域为全局。局部变量域就像一个栈，仅仅是暂时的存在，依赖创建该局部作用域的函数是否处于活动的状态。所以，一般建议尽量少用全局变量，因为全局变量在模块文件运行的过程中会一直存在，占用内存空间。
注意：如果需要在函数内部对全局变量赋值，需要在函数内部通过global语句声明该变量为全局变量。

E(enclosing)嵌套作用域
E也包含在def关键字中，E和L是相对的，E相对于更上层的函数而言也是L。与L的区别在于，对一个函数而言，L是定义在此函数内部的局部作用域，而E是定义在此函数的上一层父级函数的局部作用域，主要是为了实现Python的闭包，而增加的实现。

G(global)全局作用域
即在模块层次中定义的变量，每一个模块都是一个全局作用域。也就是说，在模块文件顶层声明的变量具有全局作用域，从外部来看，模块的全局变量就是一个模块对象的属性。
注意：全局作用域的作用范围仅限于单个模块文件内。

B(built-in)内置作用域
系统内固定模块里定义的变量，如与定义在builtin模块内的变量。

5、变量名解析LEGB法则
搜索变量名的优先级：局部作用域-> 嵌套作用域-> 全局作用域-> 内置作用域
LEGB法则：当在函数中使用未确定的变量名时，Python会按照优先级依次搜索4个作用域，以此来确定该变量名的意义。首先搜索局部作用域(L)，之后是上一层嵌套结构中def或lambda函数的嵌套作用域(E)，之后是全局作用域(G)，最后是内置作用域(B)。按照这个查找原则，在第一处找到的地方停止，如果没找到，则会抛出NameError异常。如下实例：

def func():
    variable = 300
    print(variable)     # 300


variable = 100
func()
print(variable)     # 100

variable = 100


def test_scope():
    print(variable)     # variable是test_scope()的局部变量，但是在打印时并没有绑定内存对象，所以在pycharm中就会报错
    variable = 200


test_scope()
print(variable)

上面的例子会产生错误，因为在执行程序的时的预编译能够在test_scope()中找到局部变量variable(对variable进行了赋值)。在局部作用域找到了变量名，所以不会升级到嵌套作用域去寻找，但是在使用print()将变量variable打印时，局部变量并没有绑定到一个内存对象(没有定义和初始化，即没有赋值)。本质上还是Python调用变量时遵循的LEGB法则和Python解释器的编译原理，决定了这个错误的发生。所以，在调用一个变量之前，需要为该变量赋值(绑定一个内存对象)。
注意：为什么在这个例子中触发的错误是"UnboundLocalError: local variable ‘variable‘ referenced before assignment"，而不是"NameError：name ‘variable’ is not defined"。这是因为变量variable不是在全局作用域。Python中的模块代码在执行前，并不会经过预编译，但是模块内的函数体代码在运行前会经过预编译，因此不管变量名的绑定发生在作用域的哪个位置，都能被编译器知道。Python虽然是一个静态作用域语言，但变量名查找是动态发生的，直到在程序运行时，才会发现作用域方面的问题。