Python入门教程 | Python 命名空间和作用域

我不是女神ヾ 2024-03-01 08:00 14阅读 0赞

## 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。

**中文翻译**：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。  
![在这里插入图片描述][3e05b6b943d245b99f87415f8d3df56b.png]  
**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）

![在这里插入图片描述][8b6d985e66fe4b139a6f4383ae7ba6d6.png]  
**命名空间查找顺序:**

假设我们要使用变量 tarzan，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 tarzan，它将放弃查找并引发一个 NameError 异常:

> NameError: name ‘tarzan’ 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。

# var1 是全局名称
    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。  
![在这里插入图片描述][bb9fb16c8f804187a92455a780e47867.png]

## 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.

**中文翻译：** 作用域是Python程序的文本区域，其中名称空间可以直接访问。这里的“直接可访问”意味着对名称的非限定引用试图在名称空间中查找该名称。

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：

**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。  
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。  
![在这里插入图片描述][60daa1fd390a4d2993c8f70b0531475f.png]

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:  
**交互式**

>>> 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 China'
    ... 
    >>> msg
    'I am from China'
    >>>

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 China'
    ... 
    >>> 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：

#!/usr/bin/python3
     
    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)

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

## 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：

#!/usr/bin/python3
     
    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)

以上实例输出结果：

> 1  
> 123  
> 123

#!/usr/bin/python3
     
    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：

> 100  
> 100

另外有一种特殊情况，假设下面这段代码被运行：

#!/usr/bin/python3
     
    a = 10
    def test():
        a = a + 1
        print(a)
    test()

以上程序执行，报错信息如下：

Traceback (most recent call last):
      File "C:\Users\Lenovo\Desktop\test.py", line 7, in <module>
        test()
      File "C:\Users\Lenovo\Desktop\test.py", line 5, in test
        a = a + 1
            ^
    UnboundLocalError: cannot access local variable 'a' where it is not associated with a value

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：**

#!/usr/bin/python3
     
    a = 10
    def test():
        global a
        a = a + 1
        print(a)
    test()

执行输出结果为：

> 11

**也可以通过函数参数传递：**

#!/usr/bin/python3
     
    a = 10
    def test(a):
        a = a + 1
        print(a)
    test(a)

执行输出结果为：

> 11

[3e05b6b943d245b99f87415f8d3df56b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/01/27c33817f72741cea0d918e3b21bcf4c.png
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