1 模塊簡介

你一定在很多計算機科學課程上聽說過作用域。它很重要，如果你不理解它的工作原理，那麽就會出現一些令人困惑的錯誤。作用域最基本的功能就是告訴編譯器一個變量什麽時候是可見的。也就是說，作用域定義了你使用變量的時間和範圍。當你嘗試使用一些不在當前作用域的變量時，你就會得到NameError。

Python有三類作用域：

• 局部作用域；

• 全局作用域；

• 非局部作用域（Python 3 中新增）；

2 模塊使用

2.1 局部作用域

局部作用域是Python中使用最多的作用域。當你在一段代碼塊中創建一個變量，它將會在最近的作用域中使用。所有的作用域組成的集合就是代碼塊環境。也就是說，默認是在局部作用域中處理所有的任務。如果你想要不同的作用域，那麽你需要將變量設置為全局作用域或非局部作用域。

現在，我們使用Python的解釋器創建一個簡單的例子，來展示局部作用域任務。

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

這裏，我們創建了變量x以及一個入參為兩個參數的簡單函數。它將會打印x和z。請記住，我們還沒有定義z，所以當我們調用這個函數時，我們將會獲得NameError。這是因為z還沒有定義或者它在作用域外部。如果你在調用函數之前定義z，那麽就會發現z，你就不會獲得NameError。

如果你嘗試訪問函數內部的變量，那麽你也會獲得NameError。

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

變量i僅僅在函數內部定義，所以當你運行這段代碼時，你將會得到NameError。

我們稍微修改一下上面的代碼，將下面的代碼存儲到文件中，並運行。

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

你認為將會發生什麽？10打印兩次？實際上並不是。原因就是我們現在有兩個x變量。my_func函數中的變量x是局部函數作用域，它將會覆蓋函數外部的變量x。當我們調用my_func函數時，我們打印5而非10。當函數返回時，my_func函數中的變量x會被回收，函數外的變量x將會起作用，這就是為什麽最後一行語句打印出10。

如果你想了解具體的技巧，你可以在函數中的賦值語句前打印x，如下所示，

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

當你運行這段代碼時，你將會得到如下的異常，

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

這個異常發生，是因為Python提示你在my_func函數中後賦值給x，由於x還沒有定義，因此它拋出異常。

2.2 全局作用域

Python包括global語句。它是Python的一個關鍵字。global語句定義了這個變量可以在隨後的代碼塊中作為變量使用。雖然你可以在聲明全局之前創建一個名稱，但這是非常不鼓勵的。讓我們嘗試使用global來修復上一個例子拋出的異常：

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

這段代碼的輸出是，

10
5
5

通過將x定義為全局變量，我們告訴Pyton在函數中第一個打印函數中首先使用第一個定義的x。然後我們給x賦予新值5，在退出函數前再次打印。你將會註意到現在x是全局變量，當我們到達代碼塊的最後一個輸出語句時，x依然是5。

讓我們混合使用global和local來做一些有意思的事情，

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‘ , 4my_func(a,b)
print(a , b , c , d)

在這裏，我們將變量c設置為全局變量。這個將會導致在函數內部和外部，c都會輸出相同的值。我們在函數內部交換變量a和b，可以顯示出我們在函數內部對其進行了交換，但是在函數外部，並沒有修改二者。這也顯示出變量a和b並不是全局變量，你應該可以看到如下的輸出結果：

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

我在此想提醒你不要在函數內部修改全局變量。這在Python社區中是一個不好的例子，它也會導致調試更加困難。

現在，我們已經理解了局部和全局變量，下面我們將要了解非局部變量。

2.3 非局部作用域

Python 3新增了一個關鍵詞--nonlocal。關鍵詞nonlocal增加了一個作用域用於覆蓋內部作用域。你可以閱讀PEP 3104。下面一段代碼可以很好的解釋非局部作用域。最常見的例子就是創建一個自增函數，

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

如果你運行這段代碼，你將會得到UnboundLocalError這個錯誤，因為變量num在內部函數中在賦值之前引用。讓我們增加局部作用域，

>>> 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

現在我們定義的自增函數已按照我們期望開始工作。這種類型的函數被稱為closure（閉包）。閉包就是一個將非局部變量封裝起來的代碼塊。閉包背後的思想就是你可以在函數外部引用這些變量。

nonlocal允許你將變量分配到作用域外，但不是全局作用域。你不能在counter函數中使用nonlocal，因為它嘗試著將其分配到全局作用域。你可以嘗試一下，你將會得到SyntaxError。所以你必須在嵌套函數中使用nonlocal。

2.4 總結

在本文中，我們了解了通過Python關鍵詞global和nonlocal來修改變量的引用方式。我們學習了在哪裏使用以及為什麽。我們也學習了局部作用域。

Python標準庫--Scope