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從局部變量和全局變量開始全面解析Python中變量的作用域

 更新時(shí)間:2016年06月16日 18:39:42   作者:牧歌_  
無論是以類為基礎(chǔ)的面相對(duì)象編程,還是單純函數(shù)內(nèi)部變量的定義,變量的作用域始終是Python學(xué)習(xí)中一個(gè)必須理解掌握的環(huán)節(jié),下面我們從局部變量和全局變量開始全面解析Python中變量的作用域,需要的朋友可以參考下

理解全局變量和局部變量
1.定義的函數(shù)內(nèi)部的變量名如果是第一次出現(xiàn), 且在=符號(hào)前,那么就可以認(rèn)為是被定義為局部變量。在這種情況下,不論全局變量中是否用到該變量名,函數(shù)中使用的都是局部變量。例如:

  num = 100
  def func():
    num = 123
    print num
  func()

輸出結(jié)果是123。說明函數(shù)中定義的變量名num是一個(gè)局部變量,覆蓋全局變量。再例如:

  num = 100
  def func():
    num += 100
    print num
  func()

輸出結(jié)果是:UnboundLocalError: local variable 'num' referenced before assignment。提示錯(cuò)誤:局部變量num在賦值前被應(yīng)用。也就是說該變量沒有定義就被錯(cuò)誤使用。由此再次證明這里定義的是一個(gè)局部變量,而不是全局變量。

2.函數(shù)內(nèi)部的變量名如果是第一次出現(xiàn),且出現(xiàn)在=符號(hào)后面,且在之前已被定義為全局變量,則這里將引用全局變量。例如:

  num = 100
  def func():
    x = num + 100
    print x
  func()

輸出結(jié)果是200。如果變量名num在之前沒有被定義為全局變量,則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示:變量沒有定義。例如:

  def func():
    x = num + 100
    print x
  func()

輸出結(jié)果是:NameError: global name 'num' is not defined。

3.函數(shù)中使用某個(gè)變量時(shí),如果該變量名既有全局變量也有局部變量,則默認(rèn)使用局部變量。例如:

  num = 100
  def func():
    num = 200
    x = num + 100
    prinx x
  func()

輸出結(jié)果是300。

4.在函數(shù)中將某個(gè)變量定義為全局變量時(shí)需要使用關(guān)鍵字global。例如:

  num = 100
  def func():
    global num
    num = 200
    print num
  func()
  print num

輸出結(jié)果分別是200和200。這說明函數(shù)中的變量名num被定義為全局變量,并被賦值為200。再例如:

  num = 100
  def func():
    global num
    num = 200
    num += 100
    print num
  func()
  print num

輸出結(jié)果分別是300和300。

結(jié)合上文對(duì)全局變量和局部變量的應(yīng)用場(chǎng)景的整理結(jié)果,我嘗試對(duì)input fields中的教學(xué)代碼的前半部分做一些分析(中文部分的注釋):

  # calculator with all buttons

  import simplegui

  # intialize globals
  store = 0
  operand = 0

這里調(diào)用了simplegui模塊,可以在http://www.codeskulptor.org/操作無誤。但是該模塊無法直接在python環(huán)境中使用,需要先安裝SimpleGUICS2Pygame包。

  # event handlers for calculator with a store and operand

  def output():
  """prints contents of store and operand"""
    print "Store = ", store
    print "Operand = ", operand
    print ""

在定義的函數(shù)output()中直接使用了全局變量store和operand??梢詤⒖嫉?點(diǎn)。

  def swap():
  """ swap contents of store and operand"""
    global store, operand
    store, operand = operand, store
    output()

在定義的函數(shù)swap()中首先對(duì)store和operand做了全局變量的定義。如果不這樣操作,那么就會(huì)出現(xiàn)沒有賦值就被使用的錯(cuò)誤提示。可以參考第1點(diǎn)。同時(shí)是不是可以這樣理解:函數(shù)swap()中,在沒有關(guān)鍵字global的情況下,store和operand是默認(rèn)局部變量,而=右邊的部分在沒有賦值的情況被使用是錯(cuò)誤的??梢詤⒖嫉?點(diǎn)。

  def add():
  """ add operand to store"""

    global store
    store = store + operand
    output()

在這里我碰到了兩周課程學(xué)習(xí)以來的第一個(gè)難題:那就是為什么add()函數(shù)中只定義了store為全局變量,而沒有相同地去定義operand?,F(xiàn)在結(jié)合第1點(diǎn)來看,是因?yàn)閟tore作為局部變量沒有事先賦值,不能直接使用,而operand是可以直接調(diào)用之前定義的全局變量來使用的。

變量作用域
變量作用域(scope)在Python中是一個(gè)容易掉坑的地方。
Python的作用域一共有4中,分別是:

L (Local) 局部作用域
E (Enclosing) 閉包函數(shù)外的函數(shù)中
G (Global) 全局作用域
B (Built-in) 內(nèi)建作用域
以 L --> E --> G -->B 的規(guī)則查找,即:在局部找不到,便會(huì)去局部外的局部找(例如閉包),再找不到就會(huì)去全局找,再者去內(nèi)建中找。

Python除了def/class/lambda 外,其他如: if/elif/else/  try/except  for/while并不能改變其作用域。定義在他們之內(nèi)的變量,外部還是可以訪問。

>>> if True:
...   a = 'I am A'
... 
>>> a
'I am A'

定義在if語(yǔ)言中的變量a,外部還是可以訪問的。
但是需要注意如果if被 def/class/lambda 包裹,在內(nèi)部賦值,就變成了此 函數(shù)/類/lambda 的局部作用域。
在 def/class/lambda內(nèi)進(jìn)行賦值,就變成了其局部的作用域,局部作用域會(huì)覆蓋全局作用域,但不會(huì)影響全局作用域。

g = 1 #全局的
def fun():
  g = 2 #局部的
  return g

print fun()
# 結(jié)果為2
print g
# 結(jié)果為1

但是要注意,有時(shí)候想在函數(shù)內(nèi)部引用全局的變量,疏忽了就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,比如:

#file1.py
var = 1
def fun():
  print var
  var = 200
print fun()

#file2.py
var = 1
def fun():
  var = var + 1
  return var
print fun()

這兩個(gè)函數(shù)都會(huì)報(bào)錯(cuò)UnboundLocalError: local variable 'var' referenced before assignment
在未被賦值之前引用的錯(cuò)誤!為什么?因?yàn)樵诤瘮?shù)的內(nèi)部,解釋器探測(cè)到var被重新賦值了,所以var成為了局部變量,但是在沒有被賦值之前就想使用var,便會(huì)出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤。解決的方法是在函數(shù)內(nèi)部添加 globals var 但運(yùn)行函數(shù)后全局的var也會(huì)被修改。

閉包Closure
閉包的定義:如果在一個(gè)內(nèi)部函數(shù)里,對(duì)在外部函數(shù)內(nèi)(但不是在全局作用域)的變量進(jìn)行引用,那么內(nèi)部函數(shù)就被認(rèn)為是閉包(closure)

函數(shù)嵌套/閉包中的作用域:

a = 1
def external():
  global a
  a = 200
  print a

  b = 100
  def internal():
    # nonlocal b
    print b
    b = 200
    return b

  internal()
  print b

print external()

一樣會(huì)報(bào)錯(cuò)- 引用在賦值之前,Python3有個(gè)關(guān)鍵字nonlocal可以解決這個(gè)問題,但在Python2中還是不要嘗試修改閉包中的變量。 關(guān)于閉包中還有一個(gè)坑:

from functools import wraps

def wrapper(log):
  def external(F):
    @wraps(F)
    def internal(**kw):
      if False:
        log = 'modified'
      print log
    return internal
  return external

@wrapper('first')
def abc():
  pass

print abc()

也會(huì)出現(xiàn) 引用在賦值之前 的錯(cuò)誤,原因是解釋器探測(cè)到了 if False 中的重新賦值,所以不會(huì)去閉包的外部函數(shù)(Enclosing)中找變量,但 if Flase 不成立沒有執(zhí)行,所以便會(huì)出現(xiàn)此錯(cuò)誤。除非你還需要else: log='var' 或者 if True 但這樣添加邏輯語(yǔ)句就沒了意義,所以盡量不要修改閉包中的變量。

好像用常規(guī)的方法無法讓閉包實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的功能,因?yàn)樵趦?nèi)部進(jìn)行 count +=1 便會(huì)出現(xiàn) 引用在賦值之前 的錯(cuò)誤,解決辦法:(或Py3環(huán)境下的 nonlocal 關(guān)鍵字)

def counter(start):
    count =[start]
    def internal():
      count[0] += 1
      return count[0]
    return internal

count = counter(0)
for n in range(10):
  print count()
# 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10

count = counter(0)
print count()
# 1

由于 list 具有可變性,而字符串是不可變類型。

locals() 和 globals()
globals()
global 和 globals() 是不同的,global 是關(guān)鍵字用來聲明一個(gè)局部變量為全局變量。globals() 和 locals() 提供了基于字典的訪問全局和局部變量的方式

比如:如果函數(shù)1內(nèi)需要定義一個(gè)局部變量,名字另一個(gè)函數(shù)2相同,但又要在函數(shù)1內(nèi)引用這個(gè)函數(shù)2。

def var():
  pass

def f2():
  var = 'Just a String'
  f1 = globals()['var']
  print var
  return type(f1)

print f2()
# Just a String
# <type 'function'>

locals()
如果你使用過Python的Web框架,那么你一定經(jīng)歷過需要把一個(gè)視圖函數(shù)內(nèi)很多的局部變量傳遞給模板引擎,然后作用在HTML上。雖然你可以有一些更聰明的做法,還你是仍想一次傳遞很多變量。先不用了解這些語(yǔ)法是怎么來的,用做什么,只需要大致了解locals()是什么。
可以看到,locals()把局部變量都給打包一起扔去了。

@app.route('/')
def view():
  user = User.query.all()
  article = Article.query.all()
  ip = request.environ.get('HTTP_X_REAL_IP',     request.remote_addr)
  s = 'Just a String'
  return render_template('index.html', user=user,
      article = article, ip=ip, s=s)
  #或者 return render_template('index.html', **locals())

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