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Python_变量的作用域

2016-05-19 2561
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简介：

软件系统

  • 系统 
    • Ubuntu 14.04
  • 软件 
    • Python 2.7.3
    • IPython 4.0.0

变量的作用域

在Python程序中创建、改变、查找变量名时，都是在一个保存变量名的空间中进行，我们称之为命名空间，也被称之为作用域。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。

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。当然在不同的语言中也会有着区别。 
1. 声明变量：让编辑器知道有这一个变量的存在 
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)

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中都会产生作用域。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。

In [19]: %pycat testScopt.py
#!/usr/bin/env python
def func():
    variable = 100
    print variable
print variable

NameError: name 'variable' is not defined
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在作用域中定义的变量，一般只在作用域中有效。 
注意：在if-elif-else、for-else、while、try-except\try-finally等关键字的语句块中并不会产成作用域。

In [15]: if True:
   ....:     variable = 100
   ....:     print variable
   ....: print "******"
   ....: print variable
   ....: 
100     
******
100      #变量variable在if语句块内或外都表示同一个变量
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作用域的类型

在Python中，使用一个变量时并不严格要求需要预先声明它，但是在真正使用它之前，它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，同时屏蔽外层作用域中的同名变量。

L(local)局部作用域

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。 
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，从外部开来，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，如预定义在__builtin__ 模块内的变量。

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)。按这个查找原则，在第一处找到的地方停止。如果没有找到，则会出发NameError错误。 
一个LEGB的例子：

#!/usr/bin/env python
#conding:utf8

globalVar = 100           #G

def test_scope():
    enclosingVar = 200    #E
    def func():
        localVar = 300    #L
print __name__            #B
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实例说明

对变量的引用

在不同作用域中可以存在相同的变量名，当出现这种情况的时候，对LEGB法则的理解就显得非常重要了，否则就会有只能知其然而不知其所以然的感觉。
实例1：

def func():
    variable = 300
    print variable

variable = 100
func()
print variable

In [11]: %run testScopt.py
300     #优先搜索函数func()内的局部变量
100
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实例2：

In [29]: %pycat testScopt.py
#!/usr/bin/env python
#conding:utf8
def test_scopt():
    variable = 200
    print variable
    def func():
        print variable   #这里的变量variable在E中绑定了内存对象200，为函数func()引入了一个新的变量
    func()
variable = 100
test_scopt()
print variable

In [30]: %run testScopt.py
200      
200    #在函数func()中无法找到变量variable,升级到test_scopt()中寻找
100
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例子3：

In [9]: %pycat testScopt.py
#!/usr/bin/env python
#conding:utf8

variable = 300
def test_scopt():
    print variable   #variable是test_scopt()的局部变量，但是在打印时并没有绑定内存对象。
    variable = 200

test_scopt()
print variable

UnboundLocalError: local variable 'variable' referenced before assignment
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上面的例子会报出错误，因为在执行程序时的预编译能够在test_scopt()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语句将变量variable打印时，局部变量variable并有没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解析器的编译原理，决定了这个错误的发生。 
注意：为什么在这个例子中触发的错误是UnboundLocalError而不是NameError：name ‘variable’ is not defined。因为变量variable不在全局作用域。Python中的模块代码在执行之前，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那个位置，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。 
例子4：

In [2]: %pycat testScopt.py
#!/usr/bin/env python
#conding:utf8

variable = 300
def test_scopt():
    print variable   #没有在局部作用域找到变量名，会升级到嵌套作用域寻找，并引入一个新的变量到局部作用域(将局部变量variable赋值为300)。
#    variable = 200

test_scopt()
print variable

In [3]: %run testScopt.py
300
300
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比较例子3和4能够更好的理解LEGB的过程。

对变量的修改

一个non-L的变量相对于L而言，默认是只读而不能修改的。如果希望在L中修改定义在non-L的变量，为其绑定一个新的值，Python会认为是在当前的L中引入一个新的变量(即便内外两个变量重名，但却有着不同的意义)。即在当前的L中，如果直接使用non-L中的变量，那么这个变量是只读的，不能被修改，否则会在L中引入一个同名的新变量。这是对上述几个例子的另一种方式的理解。 
注意：而且在L中对新变量的修改不会影响到non-L的。当你希望在L中修改non-L中的变量时，可以使用global、nonlocal关键字。

In [18]: %pycat testScopt.py
#!/usr/bin/env python
#conding:utf8

variable = 100
def test_scopt():
    variable = 200   #在L中引入一个新变量，覆盖non-L中的变量
    print variable
test_scopt()
print variable

In [19]: %run testScopt.py
200
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global关键字

希望在L中修改G中的变量。

In [57]: %pycat test.py
spam = 99
def tester():
    def nested():
        global spam
        print('current=',spam)
        spam = 200
    return nested
tester()()
print spam

In [58]: %run test.py
('current=', 99)
200
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注意：tester()()表示会自动调用函数tester()的返回值，且此返回值必须为可调用类型，即存在__call__方法。返回一个函数，所以也会执行返回的函数体代码。

nonlocal关键字

在L中修改E中的变量。这是Python3.x增加的新特性，在python2.x中还是无法使用。

def outer():
    count = 10
    def inner():
        nonlocal count
        count = 20
        print(count)
    inner()
    print(count)
outer()
#20
#20
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最后

在Python中，类定义所引入的作用域对于类的成员函数是不可见的，所以在Python中，成员函数想要引用类体定义的变量，必须通过关键字self或者类名来引用它。这一知识要点，等我们下一篇再继续学习。

Jmilk

转载：http://blog.csdn.net/jmilk/article/details/50244817

文章标签：
Python
Ubuntu
编译器
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