Python标准库--Scope

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1 模块简介

你必定在不少计算机科学课程上据说过做用域。它很重要，若是你不理解它的工做原理，那么就会出现一些使人困惑的错误。做用域最基本的功能就是告诉编译器一个变量何时是可见的。也就是说，做用域定义了你使用变量的时间和范围。当你尝试使用一些不在当前做用域的变量时，你就会获得NameError。

Python有三类做用域：

• 局部做用域；
• 全局做用域；
• 非局部做用域（Python 3 中新增）；

2 模块使用

2.1 局部做用域

局部做用域是Python中使用最多的做用域。当你在一段代码块中建立一个变量，它将会在最近的做用域中使用。全部的做用域组成的集合就是代码块环境。也就是说，默认是在局部做用域中处理全部的任务。若是你想要不一样的做用域，那么你须要将变量设置为全局做用域或非局部做用域。

如今，咱们使用Python的解释器建立一个简单的例子，来展现局部做用域任务。

>>> x = 10
>>> def my_func(a,b):
...     print(x)
...     print(z)
... 
>>> my_func(1,2)
10
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in my_func
NameError: global name 'z' is not defined

这里，咱们建立了变量x以及一个入参为两个参数的简单函数。它将会打印x和z。请记住，咱们尚未定义z，因此当咱们调用这个函数时，咱们将会得到NameError。这是由于z尚未定义或者它在做用域外部。若是你在调用函数以前定义z，那么就会发现z，你就不会得到NameError。

若是你尝试访问函数内部的变量，那么你也会得到NameError。

>>> def my_func(a,b):
...     i = 2
...     print(x)
... 
>>> if __name__ == "__main__":
...     x = 10
...     my_func(1,2)
...     print(i)
... 
10
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 4, in <module>
NameError: name 'i' is not defined

变量i仅仅在函数内部定义，因此当你运行这段代码时，你将会获得NameError。

咱们稍微修改一下上面的代码，将下面的代码存储到文件中，并运行。

def my_func(a,b):
    x = 5
    print(x)

if __name__ == "__main__":
    x = 10
    my_func(1,2)
    print(x)

你认为将会发生什么？10打印两次？实际上并非。缘由就是咱们如今有两个x变量。my_func函数中的变量x是局部函数做用域，它将会覆盖函数外部的变量x。当咱们调用my_func函数时，咱们打印5而非10。当函数返回时，my_func函数中的变量x会被回收，函数外的变量x将会起做用，这就是为何最后一行语句打印出10。

若是你想了解具体的技巧，你能够在函数中的赋值语句前打印x，以下所示，

>>> def my_func(a,b):
...     print(x)
...     x = 5
...     print(x)
... 
>>> if __name__ == "__main__":
...     x = 10
...     my_func(1,2)
...     print(x)

当你运行这段代码时，你将会获得以下的异常，

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 3, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in my_func
UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

这个异常发生，是由于Python提示你在my_func函数中后赋值给x，因为x尚未定义，所以它抛出异常。

2.2 全局做用域

Python包括global语句。它是Python的一个关键字。global语句定义了这个变量能够在随后的代码块中做为变量使用。虽然你能够在声明全局以前建立一个名称，但这是很是不鼓励的。让咱们尝试使用global来修复上一个例子抛出的异常：

def my_func(a,b):
    global x
    print(x)
    x = 5
    print(x)

if __name__ == "__main__":
    x = 10
    my_func(1,2)
    print(x)

这段代码的输出是，

10
5
5

经过将x定义为全局变量，咱们告诉Pyton在函数中第一个打印函数中首先使用第一个定义的x。而后咱们给x赋予新值5，在退出函数前再次打印。你将会注意到如今x是全局变量，当咱们到达代码块的最后一个输出语句时，x依然是5。

让咱们混合使用global和local来作一些有意思的事情，

def my_func(a,b):
    global c
    b,a = a,b
    d = 'Mike'
    print(a,b,c,d)

a , b , c , d = 1 , 2 , 'c is global' , 4
my_func(a,b)
print(a , b , c , d)

在这里，咱们将变量c设置为全局变量。这个将会致使在函数内部和外部，c都会输出相同的值。咱们在函数内部交换变量a和b，能够显示出咱们在函数内部对其进行了交换，可是在函数外部，并无修改两者。这也显示出变量a和b并非全局变量，你应该能够看到以下的输出结果：

(2, 1, 'c is global', 'Mike')
(1, 2, 'c is global', 4)

我在此想提醒你不要在函数内部修改全局变量。这在Python社区中是一个很差的例子，它也会致使调试更加困难。

如今，咱们已经理解了局部和全局变量，下面咱们将要了解非局部变量。

2.3 非局部做用域

Python 3新增了一个关键词--nonlocal。关键词nonlocal增长了一个做用域用于覆盖内部做用域。你能够阅读PEP 3104。下面一段代码能够很好的解释非局部做用域。最多见的例子就是建立一个自增函数，

def counter():
    num = 0
    def incrementer():
        num += 1
        return num
    return incrementer

若是你运行这段代码，你将会获得UnboundLocalError这个错误，由于变量num在内部函数中在赋值以前引用。让咱们增长局部做用域，

>>> def counter():
...     num = 0
...     def incrementer():
...         nonlocal num
...         num += 1
...         return num
...     return incrementer
... 
>>> 
>>> c = counter()
>>> c
<function counter.<locals>.incrementer at 0x7f67735ffea0>
>>> c()
1
>>> c()
2
>>> c()
3

如今咱们定义的自增函数已按照咱们指望开始工做。这种类型的函数被称为closure（闭包）。闭包就是一个将非局部变量封装起来的代码块。闭包背后的思想就是你能够在函数外部引用这些变量。

nonlocal容许你将变量分配到做用域外，但不是全局做用域。你不能在counter函数中使用nonlocal，由于它尝试着将其分配到全局做用域。你能够尝试一下，你将会获得SyntaxError。因此你必须在嵌套函数中使用nonlocal。

2.4 总结

在本文中，咱们了解了经过Python关键词global和nonlocal来修改变量的引用方式。咱们学习了在哪里使用以及为何。咱们也学习了局部做用域。

3 Reference

Python 201