Python3 名稱空間和作用域

Python3 名稱空間和作用域

名稱空間

先看看官方文件的一段話：

A namespace is a mapping from names to objects.Most namespaces are currently implemented as Python dictionaries。

名稱空間(Namespace)是從名稱到物件的對映，大部分的名稱空間都是通過 Python 字典來實現的。

名稱空間提供了在專案中避免名字衝突的一種方法。各個名稱空間是獨立的，沒有任何關係的，所以一個名稱空間中不能有重名，但不同的名稱空間是可以重名而沒有任何影響。

我們舉一個計算機系統中的例子，一個資料夾(目錄)中可以包含多個資料夾，每個資料夾中不能有相同的檔名，但不同資料夾中的檔案可以重名。

一般有三種名稱空間：

• 內建名稱（built-in names）， Python 語言內建的名稱，比如函式名 abs、char 和異常名稱 BaseException、Exception 等等。
• 全域性名稱（global names），模組中定義的名稱，記錄了模組的變數，包括函式、類、其它匯入的模組、模組級的變數和常量。
• 區域性名稱（local names），函式中定義的名稱，記錄了函式的變數，包括函式的引數和區域性定義的變數。（類中定義的也是）

名稱空間查詢順序:

假設我們要使用變數 itread01，則 Python 的查詢順序為：區域性的名稱空間去 -> 全域性名稱空間 -> 內建名稱空間。

如果找不到變數 itread01，它將放棄查詢並引發一個 NameError 異常:

NameError: name 'itread01' is not defined。

名稱空間的生命週期：

名稱空間的生命週期取決於物件的作用域，如果物件執行完成，則該名稱空間的生命週期就結束。

因此，我們無法從外部名稱空間訪問內部名稱空間的物件。

如下圖所示，相同的物件名稱可以存在於多個名稱空間中。

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.

作用域就是一個 Python 程式可以直接訪問名稱空間的正文區域。

在一個 python 程式中，直接訪問一個變數，會從內到外依次訪問所有的作用域直到找到，否則會報未定義的錯誤。

Python 中，程式的變數並不是在哪個位置都可以訪問的，訪問許可權決定於這個變數是在哪裡賦值的。

變數的作用域決定了在哪一部分程式可以訪問哪個特定的變數名稱。Python 的作用域一共有4種，分別是：

有四種作用域：

• L（Local）：最內層，包含區域性變數，比如一個函式/方法內部。
• E（Enclosing）：包含了非區域性(non-local)也非全域性(non-global)的變數。比如兩個巢狀函式，一個函式（或類） A 裡面又包含了一個函式 B ，那麼對於 B 中的名稱來說 A 中的作用域就為 nonlocal。
• G（Global）：當前指令碼的最外層，比如當前模組的全域性變數。
• B（Built-in）： 包含了內建的變數/關鍵字等，最後被搜尋。

規則順序： L –> E –> G –gt; B。

在區域性找不到，便會去區域性外的區域性找（例如閉包），再找不到就會去全域性找，再者去內建中找。

g_count = 0  # 全域性作用域
def outer():
    o_count = 1  # 閉包函式外的函式中
    def inner():
        i_count = 2  # 區域性作用域

內建作用域是通過一個名為 builtin 的標準模組來實現的，但是這個變數名自身並沒有放入內建作用域內，所以必須匯入這個檔案才能夠使用它。在Python3.0中，可以使用以下的程式碼來檢視到底預定義了哪些變數:

>>> import builtins
>>> dir(builtins)

Python 中只有模組（module），類（class）以及函式（def、lambda）才會引入新的作用域，其它的程式碼塊（如 if/elif/else/、try/except、for/while等）是不會引入新的作用域的，也就是說這些語句內定義的變數，外部也可以訪問，如下程式碼：

>>> if True:
...  msg = 'I am from itread01'
... 
>>> msg
'I am from itread01'
>>> 

例項中 msg 變數定義在 if 語句塊中，但外部還是可以訪問的。

如果將 msg 定義在函式中，則它就是區域性變數，外部不能訪問：

>>> def test():
...     msg_inner = 'I am from itread01'
... 
>>> msg_inner
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'msg_inner' is not defined
>>> 

從報錯的資訊上看，說明了 msg_inner 未定義，無法使用，因為它是區域性變數，只有在函式內可以使用。

全域性變數和區域性變數

定義在函式內部的變數擁有一個區域性作用域，定義在函式外的擁有全域性作用域。

區域性變數只能在其被宣告的函式內部訪問，而全域性變數可以在整個程式範圍內訪問。呼叫函式時，所有在函式內宣告的變數名稱都將被加入到作用域中。如下例項：

以上例項輸出結果：

函式內是區域性變數 :  30
函式外是全域性變數 :  0

global 和 nonlocal關鍵字

當內部作用域想修改外部作用域的變數時，就要用到 global 和 nonlocal 關鍵字了。

以下例項修改全域性變數 num：

以上例項輸出結果：

1
123
123

如果要修改巢狀作用域（enclosing 作用域，外層非全域性作用域）中的變數則需要 nonlocal 關鍵字了，如下例項：

以上例項輸出結果：

100
100

另外有一種特殊情況，假設下面這段程式碼被執行：

以上程式執行，報錯資訊如下：

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

錯誤資訊為區域性作用域引用錯誤，因為 test 函式中的 a 使用的是區域性，未定義，無法修改。

修改 a 為全域性變數：

也可以通過函式引數傳遞：