Python - 变量作用域

Python 变量作用域

Python 中的变量是计算机内存中对象的符号名称。Python 利用命名空间的概念来定义各种标识符（例如函数、变量等）的上下文。命名空间是在当前上下文中定义的符号名称的集合。

Python 提供以下类型的命名空间 -

内置命名空间包含内置函数和内置异常。Python 解释器加载后，它们就会被加载到内存中，并一直保留到解释器运Behave止。
全局命名空间包含主程序中定义的任何名称。这些名称保留在内存中，直到程序运行。
本地命名空间包含函数内部定义的名称。它们在函数运行之前一直可用。

这些名称空间相互嵌套。下图显示了命名空间之间的关系。

某个变量的生命周期仅限于定义它的名称空间。因此，无法从任何外部命名空间访问内部命名空间中存在的变量。

Python globals() 函数

Python 的标准库包含一个内置函数globals()。它返回全局命名空间中当前可用的符号字典。

直接从 Python 提示符运行 globals() 函数。

>>> globals()
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <class '_frozen_importlib.BuiltinImporter'>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>}

可以看到，包含所有内置函数和内置异常定义的builtins模块已被加载。

保存以下包含几个变量的代码和一个内部包含更多变量的函数。

name = 'TutorialsPoint'
marks = 50
result = True
def myfunction():
   a = 10
   b = 20
   return a+b
   
print (globals())

从该脚本内部调用 globals() 返回以下字典对象 -

{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000263E7255250>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'C:\\Users\\user\\examples\\main.py', '__cached__': None, 'name': 'TutorialsPoint', 'marks': 50, 'result': True, 'myfunction': <function myfunction at 0x00000263E72004A0>}

全局命名空间现在包含程序中的变量及其值以及其中的函数对象（而不是函数中的变量）。

在函数外部创建的任何变量都可以在任何函数内访问，因此它们具有全局作用域。下面是一个例子来展示Python中全局变量的用法：

x = 5
y = 10
def sum():
   sum = x + y
   return sum
print(sum())

这将产生以下结果：

Python locals() 函数

Python 的标准库包含一个内置函数locals()。它返回函数的本地命名空间中当前可用的符号字典。

修改上面的脚本以从函数内打印全局和本地命名空间的字典。

name = 'TutorialsPoint'
marks = 50
result = True
def myfunction():
   a = 10
   b = 20
   c = a+b
   print ("globals():", globals())
   print ("locals():", locals())
   return c
myfunction()

输出显示locals() 返回变量及其当前在函数中可用的值的字典。

globals(): {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000169AE265250>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'C:\\Users\\mlath\\examples\\main.py', '__cached__': None, 'name': 'TutorialsPoint', 'marks': 50, 'result': True, 'myfunction': <function myfunction at 0x00000169AE2104A0>}
locals(): {'a': 10, 'b': 20, 'c': 30}

由于 globals() 和 locals 函数都返回字典，因此您可以使用字典 get() 方法或索引运算符从各自的命名空间访问变量的值。

print (globals()['name']) # displays TutorialsPoint
print (locals().get('a')) # displays 10

下面是一个简单的例子来展示Python中局部变量的用法：

def sum(x,y):
   sum = x + y
   return sum
print(sum(5, 10))

Python 中的命名空间冲突

如果全局和局部作用域中都存在同名变量，Python 解释器会优先考虑局部命名空间中的变量。

marks = 50 # this is a global variable
def myfunction():
   marks = 70 # this is a local variable
   print (marks)
   
myfunction()
print (marks) # prints global value

它将产生以下输出-

70
50

如果您尝试从函数内部操作全局变量的值，Python 会引发UnboundLocalError。

marks = 50 # this is a global variable
def myfunction():
   marks = marks + 20
   print (marks)

myfunction()
print (marks) # prints global value

它将产生以下输出-

   marks = marks + 20
           ^^^^^
UnboundLocalError: cannot access local variable 'marks' where it is not associated with a value

要修改全局变量，您可以使用字典语法更新它，或者在修改之前使用global关键字引用它。

var1 = 50 # this is a global variable
var2 = 60 # this is a global variable
def myfunction():
   "Change values of global variables"
   globals()['var1'] = globals()['var1']+10
   global var2
   var2 = var2 + 20

myfunction()
print ("var1:",var1, "var2:",var2) #shows global variables with changed values

它将产生以下输出-

var1: 60 var2: 80

最后，如果您尝试访问全局范围内的局部变量，Python 会引发 NameError，因为局部范围内的变量无法在其外部访问。

var1 = 50 # this is a global variable
var2 = 60 # this is a global variable
def myfunction(x, y):
   total = x+y
   print ("Total is a local variable: ", total)

myfunction(var1, var2)
print (total) # This gives NameError

它将产生以下输出 -

Total is a local variable: 110
Traceback (most recent call last):
   File "C:\Users\user\examples\main.py", line 9, in <module>
   print (total) # This gives NameError
          ^^^^^
NameError: name 'total' is not defined