关于python:图解python-命名空间与作用域

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作者：韩信子 @ShowMeAI
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命名空间与作用域是程序设计中的根底概念，深刻了解有助于了解变量的生命周期，缩小代码中的莫名其妙 bug。

命名空间，也称为 Namespace、名称空间或名字空间，指的是从名字到对象的一个映射关系，相似于字典中的键值对，Python 中很多命名空间的实现用的就是字典。

命名空间提供了在我的项目中防止名字抵触的一种办法。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能够重名而没有任何影响。

以电脑文件目录为例，一个文件夹中能够蕴含多个文件夹，每个文件夹中不能有雷同的文件名，但不同文件夹中的文件能够重名。

个别有三种命名空间：

内置名称（built-in names），Python 语言内置的名称，比方函数名 abs、char 和异样名称 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，包含函数、类、其它导入的模块、模块级的变量和常量。
部分名称（local names），函数中定义的名称，记录了函数的变量，包含函数的参数和部分定义的变量。（类中定义的也是）

命名空间查找程序:

假如咱们要应用变量 showmeai，则 Python 的查找程序为：部分的命名空间去 -> 全局命名空间 -> 内置命名空间。

如果找不到变量 showmeai，它将放弃查找并引发一个 NameError 异样:

NameError: name 'showmeai' 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，如果对象执行实现，则该命名空间的生命周期就完结。

因而，咱们无奈从内部命名空间拜访外部命名空间的对象。

num1 = 5
def some_func():
 
    # num2 是部分名称
    num2 = 6
    def some_inner_func():
 
        # num3 是内嵌的部分名称
        num3 = 7

如下图所示，雷同的对象名称能够存在于多个命名空间中。

作用域就是一个 Python 程序能够间接拜访命名空间的注释区域。

在一个 python 程序中，间接拜访一个变量，会从内到外顺次拜访所有的作用域直到找到，否则会报未定义的谬误。

Python 中，程序的变量并不是在哪个地位都能够拜访的，拜访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能够拜访哪个特定的变量名称。Python 的作用域一共有 4 种，别离是：

L（Local）：最内层，蕴含局部变量，比方一个函数 / 办法外部。
E（Enclosing）：蕴含了非部分 (non-local) 也非全局 (non-global) 的变量。比方两个嵌套函数，一个函数（或类）A 外面又蕴含了一个函数 B，那么对于 B 中的名称来说 A 中的作用域就为 nonlocal。
G（Global）：以后脚本的最外层，比方以后模块的全局变量。
B（Built-in）：蕴含了内建的变量 / 关键字等，最初被搜寻。

规定程序：L –> E –> G –> B。

在部分找不到，便会去部分外的部分找（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  # 部分作用域

内置作用域是通过一个名为 builtin 的规范模块来实现的，然而这个变量名本身并没有放入内置作用域内，所以必须导入这个文件才可能应用它。在 Python3.x 中，能够应用以下的代码来查看到底预约义了哪些变量:

>>> 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，内部也能够拜访，如下代码：

>>> if True:
...  msg = 'I am a member of ShowMeAI'
... 
>>> msg
'I am a member of ShowMeAI'
>>>

实例中 msg 变量定义在 if 语句块中，但内部还是能够拜访的。

如果将 msg 定义在函数中，则它就是局部变量，内部不能拜访：

>>> def test():
...     msg_inner = 'I am a member of ShowMeAI'
... 
>>> 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，阐明了 msg_inner 未定义，无奈应用，因为它是局部变量，只有在函数内能够应用。

定义在函数外部的变量领有一个部分作用域，定义在函数外的领有全局作用域。

局部变量只能在其被申明的函数外部拜访，而全局变量能够在整个程序范畴内拜访。调用函数时，所有在函数内申明的变量名称都将被退出到作用域中。如下示例代码：

total = 0 # 这是一个全局变量
# 可写函数阐明
def my_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
my_sum(10, 20)
print("函数外是全局变量 :", total)

以上实例输入后果：

函数内是局部变量 :  30
函数外是全局变量 :  0

当外部作用域想批改内部作用域的变量时，就要用到 global 和 nonlocal 关键字了。

以下示例代码批改全局变量 num：

num = 1
def my_func():
    global num  # 须要应用 global 关键字申明
    print(num) 
    num = 123
    print(num)
my_func()
print(num)

以上实例输入后果：

1
123
123

如果要批改嵌套作用域（enclosing 作用域，外层非全局作用域）中的变量则须要 nonlocal 关键字了，如下实例：

def outer_num():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num   # nonlocal 关键字申明
        num = 100
        print(num)
    inner()
    print(num)
outer_num()

以上示例输入后果：

100
100

另外有一种非凡状况，假如上面这段代码被运行：

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 "test.py", line 7, in <module>
    test()
  File "test.py", line 5, in test
    a = a + 1
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

错误信息为部分作用域援用谬误，因为 test 函数中的 a 应用的是部分，未定义，无奈批改。

批改 a 为全局变量：

a = 10
def test_global():
    global a
    a = a + 1
    print(a)
test_global()

执行输入后果为：

也能够通过函数参数传递：

a = 10
def test_arg(a):
    a = a + 1
    print(a)
test_arg(a)

执行输入后果为：

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正文完

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发表至： python

2022-02-23

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Python 命名空间和作用域

1. 命名空间

2. 作用域

（1）全局变量和局部变量

（2）global 和 nonlocal 关键字

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