五、變量的作用域
當(dāng)你在一個(gè)程序中使用變量名時(shí)，Python創(chuàng)建、改變或查找變量名都是在命名空間（一個(gè)保存變量名的地方，這個(gè)地方的范圍也叫作變量的作用域）中進(jìn)行的。
在創(chuàng)建變量時(shí)，Python將變量名被創(chuàng)建的地點(diǎn)關(guān)聯(lián)給（綁定給）一個(gè)特定的命名空間。也就是說(shuō)在代碼中變量創(chuàng)建的位置決定了這個(gè)變量將存在于哪個(gè)命名空間，也就是它可以被訪問(wèn)的范圍。
函數(shù)的作用域有助于防止程序之中變量名的沖突，并且有助于函數(shù)成為更加獨(dú)立的程序單元。
1、作用域
變量的作用域可以分為：本地作用域、全局作用域和內(nèi)置作用域。
在任何情況下，一個(gè)變量名的作用域總是由變量在程序中被創(chuàng)建的位置所決定的，并且與函數(shù)被調(diào)用的地點(diǎn)完全沒(méi)有關(guān)系。
- 如果一個(gè)變量在函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建，它被定位在這個(gè)函數(shù)之內(nèi)，那么他的作用于就是本地的。
- 如果一個(gè)變量在一個(gè)嵌套的函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建，對(duì)于外層的函數(shù)來(lái)說(shuō)，它是非本地的（也就是外層函數(shù)式無(wú)法訪問(wèn)的）。
- 如果一個(gè)變量在函數(shù)之外（也就是在Python的頂級(jí)代碼快中）創(chuàng)建，它他的作用域就是全局的。
(1) 本地作用域
在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部對(duì)一個(gè)變量名（不包含變量成員的引用，例如：name[1]等）任何類(lèi)型的賦值（而不是在一個(gè)表達(dá)式中對(duì)其進(jìn)行引用）都會(huì)創(chuàng)建新的變量，并把新創(chuàng)建的變量劃定為本地的作用域。這包括 = 語(yǔ)句、import 語(yǔ)句、def 語(yǔ)句、函數(shù)參數(shù)名稱(chēng)等。
在默認(rèn)的情況下，函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建的所有變量都是與函數(shù)的本地命名空間相關(guān)聯(lián)的。這意味著：一個(gè)在 def 內(nèi)定義的變量能夠被 def 內(nèi)的代碼使用，不能在函數(shù)的外部被引用。
當(dāng)在函數(shù)之外給一個(gè)變量名賦值時(shí)（也就是，在一個(gè)模塊文件的頂層，或者是在交互提示模式下），本地作用域與全局作用域（這個(gè)模塊的命名空間）是相同的。
本地變量作為臨時(shí)的變量名，只有在函數(shù)運(yùn)行時(shí)才需要他們。
嵌套作用域
Python 為嵌套函數(shù)提供了嵌套的命名空間（作用域），使得嵌套在內(nèi)部的函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建的變量名本地化，以便嵌套函數(shù)內(nèi)部使用的變量名不會(huì)與嵌套函數(shù)外的變量名產(chǎn)生沖突。
閉合函數(shù)
嵌套作用域的查找在嵌套的函數(shù)已經(jīng)返回后也是有效的。這種行為有時(shí)也叫作閉合（closure）函數(shù) —— 一個(gè)能夠記住嵌套作用域的變量值的函數(shù)，盡管那個(gè)作用域或許已經(jīng)不存在了。
這是一種相當(dāng)高級(jí)的技術(shù)，除了那些擁有函數(shù)式編程背景的程序員們，以后在實(shí)際使用中并不常見(jiàn)。另一方面，嵌套的作用域常常被 lambda 函數(shù)創(chuàng)建表達(dá)式使用——因?yàn)樗麄兪潜磉_(dá)式，它們幾乎總是嵌套在一個(gè)函數(shù)中。此外，函數(shù)嵌套通常用作裝飾器 —— 在某些情況下，它是最合理的編碼模式。
通常來(lái)說(shuō)，類(lèi)是一個(gè)更好的像這樣“記憶”的選擇，因?yàn)樗鼈冏尃顟B(tài)變得很明確。不使用類(lèi)的話，全局變量、像這樣的嵌套作用域引用以及默認(rèn)的參數(shù)就是 Python 的函數(shù)能夠保留狀態(tài)信息的主要方法了。
在 Python 中作用域是可以做任意的嵌套的，但是我們應(yīng)當(dāng)盡量少的定義嵌套函數(shù)。
（2）全局作用域
函數(shù)定義了本地作用域，而模塊定義的是全局作用域。每個(gè)模塊都是一個(gè)全局作用域。
全局作用域的作用范圍僅限于單個(gè)文件。這里的全局指的是在一個(gè)文件的頂層創(chuàng)建的變量名僅對(duì)于這個(gè)文件內(nèi)部的代碼而言是全局的。在 Python 中沒(méi)有基于一個(gè)單個(gè)文件的并可以應(yīng)用在任何其他文件的全局作用域。
全局變量的一個(gè)特征是除非被刪除掉，否則它們將存活到文件運(yùn)行結(jié)束，且對(duì)于所有的函數(shù)，他們的值都是可以被訪問(wèn)的。然而局部變量，就像它們存放的棧，只是在函數(shù)調(diào)用時(shí)暫時(shí)地存在，僅僅只依賴于定義它們的函數(shù)現(xiàn)階段是否處于活動(dòng)狀態(tài)。
（3）內(nèi)置作用域
內(nèi)置作用域僅僅是一個(gè)名為 builtins 的內(nèi)置模塊，必須要 import builtins 之后才能使用這個(gè)模塊，因?yàn)樽兞棵?builtins 本身并沒(méi)有預(yù)先導(dǎo)入。
上面圖片中列表中的變量名組成了 Python 中的內(nèi)置作用域。前一半是內(nèi)置的異常，后一半是內(nèi)置函數(shù)。由于下面要講的 LEGB 法則最后將自動(dòng)搜索這個(gè)模塊，將會(huì)自動(dòng)得到這個(gè)列表中的所有變量。所以你能夠使用這些變量而不需要導(dǎo)入 builtins 模塊。
2、LEGB法則
Python的變量名解析機(jī)制稱(chēng)為 LEGB 法則，這也是由作用域的命名而來(lái)的。
當(dāng)在函數(shù)中使用變量時(shí)，Python搜索4個(gè) 作用域：本地作用域（L）、之后是上一層結(jié)構(gòu)中的 def 或 lambda 的本地作用域（E），之后是全局作用域（G），最后是內(nèi)置作用域（B）。并且在第一處能夠找到這個(gè)變量名的地方停下來(lái)。如果變量名在這次搜索中沒(méi)有找到，Python 會(huì)拋出 NameError 異常。
3、global 語(yǔ)句
在默認(rèn)情況下，所有在一個(gè)函數(shù)中被賦值的變量都位于這個(gè)函數(shù)的本地作用域，并且僅在這個(gè)函數(shù)運(yùn)行的過(guò)程中存在。為了在函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建或修改一個(gè)全局作用域的變量，需要使用 global 語(yǔ)句來(lái)聲明使用全局作用域。
global 語(yǔ)句是一個(gè)使用全局命名空間的聲明，它告訴 Python 函數(shù)打算生成或修改一個(gè)或多個(gè)全局變量名。global 使得作用域查找跳過(guò)本地作用域從全局作用域開(kāi)始，如果變量不存在將繼續(xù)到內(nèi)置作用域。但是，對(duì)變量的賦值總是在全局作用域中創(chuàng)建或修改它們。
global 語(yǔ)句包含了關(guān)鍵字 global，其后跟著一個(gè)或多個(gè)由逗號(hào)分開(kāi)的變量名。當(dāng)函數(shù)主體調(diào)用時(shí)，所有列出來(lái)的變量名將被映射到全局作用域內(nèi)。
最小化全局變量
在默認(rèn)情況下，函數(shù)內(nèi)部注冊(cè)的變量名是本地變量，這是有意而為之的。將其改為全局變量會(huì)引發(fā)一些軟件問(wèn)題：由于變量的值取決于函數(shù)調(diào)用的順序，而函數(shù)自身是任意順序進(jìn)行排列的，導(dǎo)致了程序調(diào)試起來(lái)變得很困難。
另一方面，不使用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄒ约邦?lèi)的話，全局變量也許就是Python中最直接保持全局狀態(tài)信息的方法（函數(shù)在下次被調(diào)用時(shí)需記住的信息）：本地變量在函數(shù)返回時(shí)將會(huì)消失，而全局變量不是這樣。
在不熟悉編程的情況下，最好盡可能的避免使用全局變量。
最小化文件間的修改
盡管我們能夠直接修改另一個(gè)文件中的變量，但是往往我們都不這樣做。一個(gè)模塊文件的全局變量一旦被導(dǎo)入就成為了這個(gè)模塊對(duì)象的一個(gè)屬性：導(dǎo)入者自動(dòng)得到了這個(gè)被導(dǎo)入的模塊文件的所有全局變量的訪問(wèn)權(quán)。
這會(huì)讓兩個(gè)文件有過(guò)強(qiáng)的相關(guān)性：假使它們都與變量X的值相關(guān)，如果沒(méi)有其中一個(gè)文件的話很難理解或重用另一個(gè)文件。這樣隱含的跨文件依賴性，在最好的情況下會(huì)導(dǎo)致代碼不靈活，最壞的情況會(huì)引發(fā) bug。
最好的解決辦法就是別這樣做：在文件間進(jìn)行通信最好的辦法就是通過(guò)調(diào)用函數(shù)，傳遞參數(shù)，然后得到其返回值。
4、nonlocal 語(yǔ)句
如果需要在嵌套函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)中直接使用外層函數(shù)中的變量，可以使用 nonlocal 語(yǔ)句來(lái)做到。
nonlocal 應(yīng)用于嵌套內(nèi)層的函數(shù)作用域中的變量名，而且在聲明 nonlocal 名稱(chēng)的時(shí)候，他聲明的變量必須已經(jīng)存在于外層嵌套函數(shù)的作用域中 。
這就允許封閉的函數(shù)作為保留狀態(tài)的一個(gè)地方——當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，信息被記住了——而不必使用共享的全局名稱(chēng)。
nonlocal 語(yǔ)句還加快了引用——就像 global 語(yǔ)句一樣，nonlocal 使得對(duì)該語(yǔ)句中列出的名稱(chēng)的查找從嵌套的外層函數(shù)的作用域中開(kāi)始，而不是從所在函數(shù)的本地作用域開(kāi)始。也就是說(shuō)，nonlocal 名稱(chēng)只能出現(xiàn)在嵌套外層函數(shù)中，作用域查找不會(huì)繼續(xù)到全局作用域或內(nèi)置作用域。
當(dāng)執(zhí)行一條 nonlocal 語(yǔ)句時(shí)，nonlocal 名稱(chēng)必須已經(jīng)在一個(gè)嵌套的外層函數(shù)的作用域中創(chuàng)建，否則將會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤——不能通過(guò)在嵌套的內(nèi)層函數(shù)的作用域中賦給它們一個(gè)新值來(lái)創(chuàng)建它們。
《Python基礎(chǔ)手冊(cè)》系列：
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 1 —— Python語(yǔ)言介紹
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 2 —— Python 環(huán)境搭建（Linux）
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 3 —— Python解釋器
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 4 —— 文本結(jié)構(gòu)
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 5 —— 標(biāo)識(shí)符和關(guān)鍵字
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 6 —— 操作符
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 7 —— 內(nèi)建函數(shù)
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 8 —— Python對(duì)象
Python基礎(chǔ)手冊(cè) 9 —— 數(shù)字類(lèi)型
Python基礎(chǔ)手冊(cè)10 —— 序列（字符串）
Python基礎(chǔ)手冊(cè)11 —— 序列（元組&列表）
Python基礎(chǔ)手冊(cè)12 —— 序列（類(lèi)型操作）
Python基礎(chǔ)手冊(cè)13 —— 映射（字典）
Python基礎(chǔ)手冊(cè)14 —— 集合
Python基礎(chǔ)手冊(cè)15 —— 解析
Python基礎(chǔ)手冊(cè)16 —— 文件
Python基礎(chǔ)手冊(cè)17 —— 簡(jiǎn)單語(yǔ)句
Python基礎(chǔ)手冊(cè)18 —— 復(fù)合語(yǔ)句（流程控制語(yǔ)句）
Python基礎(chǔ)手冊(cè)19 —— 迭代器
Python基礎(chǔ)手冊(cè)20 —— 生成器
Python基礎(chǔ)手冊(cè)21 —— 函數(shù)的定義
Python基礎(chǔ)手冊(cè)22 —— 函數(shù)的參數(shù)
Python基礎(chǔ)手冊(cè)23 —— 函數(shù)的調(diào)用
Python基礎(chǔ)手冊(cè)24 —— 函數(shù)中變量的作用域
Python基礎(chǔ)手冊(cè)25 —— 裝飾器
Python基礎(chǔ)手冊(cè)26 —— 錯(cuò)誤 & 異常
Python基礎(chǔ)手冊(cè)27 —— 模塊
Python基礎(chǔ)手冊(cè)28 —— 模塊的高級(jí)概念
Python基礎(chǔ)手冊(cè)29 —— 包
