Python3 命名空间和作用域
命名空间
先看看官方文档的一段话:
A namespace is a mapping from names to objects.Most namespaces are currently implemented as Python dictionaries。
命名空间(Namespace)是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名,但不同的命名空间是可以重名而没有任何影响。
我们举一个计算机系统中的例子,一个文件夹(目录)中可以包含多个文件夹,每个文件夹中不能有相同的文件名,但不同文件夹中的文件可以重名。
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)
命名空间查找顺序:
假设我们要使用变量 runoob,则 Python 的查找顺序为:局部的命名空间 -> 全局命名空间 -> 内置命名空间。
如果找不到变量 runoob,它将放弃查找并引发一个 NameError 异常:
NameError: name 'runoob' is not defined。
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。
实例
var1 = 5
def some_func():
# var2 是局部名称
var2 = 6
def some_inner_func():
# var3 是内嵌的局部名称
var3 = 7
如下图所示,相同的对象名称可以存在于多个命名空间中。
作用域
A scope is a textual region of a Python program where a namespace is directly accessible. "Directly accessible" here means that an unqualified reference to a name attempts to find the name in the namespace.
作用域就是一个 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:
有四种作用域:
- 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。
LEGB 规则(Local, Enclosing, Global, Built-in):Python 查找变量时的顺序是: L –> E –> G –> B。
- Local:当前函数的局部作用域。
- Enclosing:包含当前函数的外部函数的作用域(如果有嵌套函数)。
- Global:当前模块的全局作用域。
- Built-in:Python 内置的作用域。
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。
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
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 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:
>>> 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。
在函数内部声明的变量只在函数内部的作用域中有效,调用函数时,这些内部变量会被加入到函数内部的作用域中,并且不会影响到函数外部的同名变量,如下实例:
实例(Python 3.0+)
以上实例输出结果:
函数内是局部变量 : 30 函数外是全局变量 : 0
1、全局变量:在函数外部定义的变量,可以在整个文件中被访问。在函数外部定义的变量对所有函数都是可见的,除非函数内部定义了同名的局部变量。
实例
def my_function():
print(x) # 可以访问全局变量 x
my_function() # 输出 10
2、局部变量:在函数内部定义的变量,仅在函数内有效,函数外无法访问。局部变量优先级高于全局变量,因此如果局部变量和全局变量同名,函数内部会使用局部变量。
实例
x = 5 # 局部变量
print(x) # 访问局部变量 x
my_function() # 输出 5
print(x) # 报错: NameError: name 'x' is not defined
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:
实例(Python 3.0+)
以上实例输出结果:
1 123 123
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:
实例(Python 3.0+)
以上实例输出结果:
100 100
另外有一种特殊情况,假设下面这段代码被运行:
实例(Python 3.0+)
以上程序执行,报错信息如下:
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:
实例
执行输出结果为:
也可以通过函数参数传递:
实例(Python 3.0+)
执行输出结果为:
总结
- 全局变量在函数外部定义,可以在整个文件中访问。
- 局部变量在函数内部定义,只能在函数内访问。
- 使用
global可以在函数中修改全局变量。 - 使用
nonlocal可以在嵌套函数中修改外部函数的变量。