作用域規(guī)則

命名空間是從名稱到對象的映射，Python中主要是通過字典實現(xiàn)的，主要有以下幾個命名空間：

內(nèi)置命名空間，包含一些內(nèi)置函數(shù)和內(nèi)置異常的名稱，在Python解釋器啟動時創(chuàng)建，一直保存到解釋器退出。內(nèi)置命名實際上存在于一個叫__builtins__的模塊中，可以通過globals()['__builtins__'].__dict__查看其中的內(nèi)置函數(shù)和內(nèi)置異常。

全局命名空間，在讀入函數(shù)所在的模塊時創(chuàng)建，通常情況下，模塊命名空間也會一直保存到解釋器退出?？梢酝ㄟ^內(nèi)置函數(shù)globals()查看。

局部命名空間，在函數(shù)調(diào)用時創(chuàng)建，其中包含函數(shù)參數(shù)的名稱和函數(shù)體內(nèi)賦值的變量名稱。在函數(shù)返回或者引發(fā)了一個函數(shù)內(nèi)部沒有處理的異常時刪除，每個遞歸調(diào)用有它們自己的局部命名空間?？梢酝ㄟ^內(nèi)置函數(shù)locals()查看。

python解析變量名的時候，首先搜索局部命名空間。如果沒有找到匹配的名稱，它就會搜索全局命名空間。如果解釋器在全局命名空間中也找不到匹配值，最終會檢查內(nèi)置命名空間。如果仍然找不到，就會引發(fā)NameError異常。

不同命名空間內(nèi)的名稱絕對沒有任何關(guān)系，比如：

a = 42
def foo():
  a = 13
  print "globals: %s" % globals()
  print "locals: %s" % locals()
  return a
foo()
print "a: %d" % a

結(jié)果：

globals: {'a': 42, '__builtins__': <module '__builtin__' (built-in)>, '__file__': 'C:\\Users\\h\\Desktop\\test4.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': <function foo at 0x0000000002C17AC8>, '__doc__': None}
locals: {'a': 13}
a: 42

可見在函數(shù)中對變量a賦值會在局部作用域中創(chuàng)建一個新的局部變量a，外部具有相同命名的那個全局變量a不會改變。

在Python中賦值操作總是在最里層的作用域，賦值不會復(fù)制數(shù)據(jù)，只是將命名綁定到對象。刪除也是如此，比如在函數(shù)中運行del a，也只是從局部命名空間中刪除局部變量a,全局變量a不會發(fā)生任何改變。

如果使用局部變量時還沒有給它賦值，就會引發(fā)UnboundLocalError異常：

a = 42
def foo():
  a += 1
  return a
foo()

上述函數(shù)中定義了一個局部變量a，賦值語句a += 1會嘗試在a賦值之前讀取它的值，但全局變量a是不會給局部變量a賦值的。

要想在局部命名空間中對全局變量進行操作，可以使用global語句，global語句明確地將變量聲明為屬于全局命名空間：

a = 42
def foo():
  global a
  a = 13
  print "globals: %s" % globals()
  print "locals: %s" % locals()
  return a
foo()
print "a: %d" % a

輸出：

globals: {'a': 13, '__builtins__': <module '__builtin__' (built-in)>, '__file__': 'C:\\Users\\h\\Desktop\\test4.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': <function foo at 0x0000000002B87AC8>, '__doc__': None}
locals: {}
a: 13

可見全局變量a發(fā)生了改變。

Python支持嵌套函數(shù)(閉包)，但python 2只支持在最里層的作用域和全局命名空間中給變量重新賦值，內(nèi)部函數(shù)是不可以對外部函數(shù)中的局部變量重新賦值的，比如：

def countdown(start):
  n = start
  def display():
    print n
  def decrement():
    n -= 1
  while n > 0:
    display()
    decrement()
countdown(10)

運行會報UnboundLocalError異常，python 2中，解決這個問題的方法是把變量放到列表或字典中：

def countdown(start):
  alist = []
  alist.append(start)
  def display():
    print alist[0]
  def decrement():
    alist[0] -= 1
  while alist[0] > 0:
    display()
    decrement()
countdown(10)

在python 3中可以使用nonlocal語句解決這個問題，nonlocal語句會搜索當(dāng)前調(diào)用棧中的下一層函數(shù)的定義。：

def countdown(start):
  n = start
  def display():
    print n
  def decrement():
    nonlocal n
    n -= 1
  while n > 0:
    display()
    decrement()
countdown(10)

閉包

閉包（closure）是函數(shù)式編程的重要的語法結(jié)構(gòu)，Python也支持這一特性，舉例一個嵌套函數(shù)：

def foo():
  x = 12
  def bar():
    print x
  return bar
foo()()

輸出：12

可以看到內(nèi)嵌函數(shù)可以訪問外部函數(shù)定義的作用域中的變量，事實上內(nèi)嵌函數(shù)解析名稱時首先檢查局部作用域，然后從最內(nèi)層調(diào)用函數(shù)的作用域開始，搜索所有調(diào)用函數(shù)的作用域，它們包含非局部但也非全局的命名。

組成函數(shù)的語句和語句的執(zhí)行環(huán)境打包在一起，得到的對象就稱為閉包。在嵌套函數(shù)中，閉包將捕捉內(nèi)部函數(shù)執(zhí)行所需要的整個環(huán)境。

python函數(shù)的code對象，或者說字節(jié)碼中有兩個和閉包有關(guān)的對象：

co_cellvars: 是一個元組，包含嵌套的函數(shù)所引用的局部變量的名字
co_freevars: 是一個元組，保存使用了的外層作用域中的變量名

再看下上面的嵌套函數(shù)：

>>> def foo():
    x = 12
    def bar():
      return x
    return bar
 
>>> foo.func_code.co_cellvars
('x',)
>>> bar = foo()
>>> bar.func_code.co_freevars
('x',)

可以看出外層函數(shù)的code對象的co_cellvars保存了內(nèi)部嵌套函數(shù)需要引用的變量的名字，而內(nèi)層嵌套函數(shù)的code對象的co_freevars保存了需要引用外部函數(shù)作用域中的變量名字。

在函數(shù)編譯過程中內(nèi)部函數(shù)會有一個閉包的特殊屬性__closure__(func_closure)。__closure__屬性是一個由cell對象組成的元組，包含了由多個作用域引用的變量：

>>> bar.func_closure
(<cell at 0x0000000003512C78: int object at 0x0000000000645D80>,)

若要查看閉包中變量的內(nèi)容：

>>> bar.func_closure[0].cell_contents
12

如果內(nèi)部函數(shù)中不包含對外部函數(shù)變量的引用時，__closure__屬性是不存在的：

>>> def foo():
    x = 12
    def bar():
      pass
    return bar
 
>>> bar = foo()
>>> print bar.func_closure
None

當(dāng)把函數(shù)當(dāng)作對象傳遞給另外一個函數(shù)做參數(shù)時，再結(jié)合閉包和嵌套函數(shù)，然后返回一個函數(shù)當(dāng)做返回結(jié)果，就是python裝飾器的應(yīng)用啦。

延遲綁定

需要注意的一點是，python函數(shù)的作用域是由代碼決定的，也就是靜態(tài)的，但它們的使用是動態(tài)的，是在執(zhí)行時確定的。

>>> def foo(n):
    return n * i
 
>>> fs = [foo for i in range(4)]
>>> print fs[0](1)

當(dāng)你期待結(jié)果是0的時候，結(jié)果卻是3。

這是因為只有在函數(shù)foo被執(zhí)行的時候才會搜索變量i的值, 由于循環(huán)已結(jié)束, i指向最終值3, 所以都會得到相同的結(jié)果。

在閉包中也存在相同的問題：

def foo():
  fs = []
  for i in range(4):
    fs.append(lambda x: x*i)
  return fs
for f in foo():
  print f(1)

返回：

解決方法，一個是為函數(shù)參數(shù)設(shè)置默認(rèn)值：

>>> fs = [lambda x, i=i: x * i for i in range(4)]
>>> for f in fs:
    print f(1)

另外就是使用閉包了：

>>> def foo(i):
    return lambda x: x * i
 
>>> fs = [foo(i) for i in range(4)]
>>> for f in fs:
    print f(1)

或者：

>>> for f in map(lambda i: lambda x: i*x, range(4)):
    print f(1)

使用閉包就很類似于偏函數(shù)了，也可以使用偏函數(shù):

>>> fs = [functools.partial(lambda x, i: x * i, i) for i in range(4)]
>>> for f in fs:
    print f(1)

這樣自由變量i都會優(yōu)先綁定到閉包函數(shù)上。

以上這篇基于Python函數(shù)的作用域規(guī)則和閉包(詳解)就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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