Python名称空间与作用域

MJX2022/08/21Python名称空间

名称空间

在垃圾回收机制这篇文章中我们曾讲过，在内存中变量名和变量值分别存储在栈区与堆区中。现在我们又有了一个概念叫 名称空间（Name space），其实名称空间就是将栈区内的名字划分了几个区域。

当我们在Python中定义一个变量、函数或类时，它们都被存储在特定的名称空间中。这些名称可能包括关键字、函数、类、模块、变量等。名称空间是从名称到对象的映射，大部分的名称空间都是通过 Python 字典来实现的。

名称空间提供了在项目中避免名字冲突的一种方法。各个名称空间是独立的，没有任何关系的，所以一个名称空间中不能有重名，但不同的名称空间是可以重名而没有任何影响。

我们可以举一个简单的的例子：一个文件夹（目录）中可以包含多个文件夹，每个文件夹中不能有相同的文件名，但 不同文件夹 中的文件可以重名。

Python中有 3 种名称空间：

内置名称空间（Built-in）
全局名称空间（Global）
局部名称空间（Local）

可以通过locals( )（获取局部name space）、globals( )（获取全局name space）函数来获取名称空间的值（字典），在程序的不同位置执行结果不一定一致，因为结果是针对当前位置来说的。

名称空间查找顺序

名称空间查找顺序为以 当前位置 为起点以 局部的名称空间 -> 全局名称空间 -> 内置名称空间 的顺序查找。
函数名称空间的查找顺序以定义阶段为基准

如果找不到变量 a，它将放弃查找并引发一个 NameError 异常:

NameError: name 'a' is not defined。

名称空间的生命周期

名称空间的生命周期取决于对象的作用域，如果对象执行完成（比如说一个函数执行完、一个 python 文件执行完等等），则该名称空间的生命周期就结束。

内置名称空间

包含了Python内置的函数、类、对象等。这些可以在任何地方直接使用，无需导入任何模块。

示例：

print("Hello, world!")  # print 是 Python 内置函数，处于内置名称空间内。

全局名称空间

在模块（暂时理解为一个以.py结尾的 python 文件）中定义的所有变量、函数和类都在该名称空间内，它们即是全局变量，也是该模块的属性。

示例：

x = 10   # x为全局变量，位于全局名称空间内。

def my_func():
    print(x)
    
my_func()   # >> 10

根据名称空间查找顺序在函数内部找x，函数内部没有则去全局内找，找到x = 10就打印出了 10。

局部名称空间

主要指 函数内部 的名称空间，它们只能在函数内部可见，访问函数外部的变量需要使用global或者nonlocal关键字。

示例：

def my_func():
    y = 20   # y 为局部变量，处于局部名称空间
    print(y)

my_func()   # >> 20
print(y)    # NameError: name 'y' is not defined，因为 y 是在函数中

后面的print(y)会报错是因为，在上面名称空间查找顺序中我们说过，Python 名称的查找顺序为以 当前位置 为起点以 局部的名称空间 -> 全局名称空间 -> 内置名称空间 的顺序查找。当前处于全局，则在全局寻找 y ，显然没有。然后去内置的名称空间去找，显然也没有。因此就会报错。

作用域

作用域就是一个 Python 程序可以直接访问 名称空间 的区域。

在一个 python 程序中，直接访问一个变量，会 从内到外 依次访问所有的作用域直到找到，否则会报未定义的错误。变量的作用域决定了在哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。

Python的作用域一共有 4 种，分别是：

L（Local）：最内层，包含局部变量，比如一个函数、方法内部。
E（Enclosing）：包含了非局部（non-local）也非全局（non-global）的变量。
G（Global）：当前脚本的最外层，比如当前模块的全局变量。
B（Built-in）：包含了内建的变量、关键字等。

Enclosing：两个嵌套函数，一个函数（或类） A 里面又包含了一个函数 B ，那么对于 B 中的名称来说 A 中的作用域就为 nonlocal。

访问顺序为： L –> E –> G –> B。

先在局部找，在局部找不到，便会去局部外的局部找（例如闭包），再找不到就会去全局找，最后去内置中找。

示例：

g_count = 0  # 全局作用域 -> G
def outer():
    o_count = 1  # 闭包函数外的函数中 -> E
    def inner():
        i_count = 2  # 局部作用域 -> L

在Python中，只有模块，类以及函数才会引入新的作用域，其它的代码块（if 语句等等）是不会引入新的作用域的。不要和其他编程语言混淆。

由于作用域的限制内部作用域难以访问外部作用域，当内部作用域想修改外部作用域的变量时，Python为我们提供了global和nonlocal关键字。

global关键字

global 关键字可以声明全局变量，使得一个函数内部的变量赋值操作改为对全局变量的修改操作。

示例：

# global 实现全局变量

count = 0  # 全局变量

def increment():
    global count   # 使用 global 声明 count 为全局变量
    count += 1     # 对全局变量 count 进行加 1 操作
    print(count)

increment()             # >> 1
increment()             # >> 2

nonlocal关键字

nonlocal 关键字用于嵌套函数中，允许将变量绑定到 最近的非全局作用域。它通常与闭包一起使用，可用来在内层函数中对外层函数的变量进行修改。

示例：

# nonlocal 改变外层函数变量

def outer():
    x = "hello"

    def inner():
        nonlocal x   # 将变量 x 绑定到最近的非全局作用域，也就是 outer 函数的作用域
        x = "world"  # 修改了 outer 函数中的变量 x
        print("inner:", x)

    inner()
    print("outer:", x)

outer()               # >>  inner: world outer: world

一些例子

为了帮助更好的理解名称空间与作用域，下面列举了一些例子。

x=3
def fun():
    print(x)  # 局部没有去全局找

运行结果：3

x=3
def fun():
    x=2   # 定义并赋值本地变量 x
    print(x)  # 局部有就打印局部的

运行结果：2

x=1
def fun():
    print(x)
    x=2
fun()

运行结果：报错。

函数名称空间的查找顺序以定义阶段为基准，所以在上面的代码中，在定义 fun 时就确认了 fun 函数内有 x ，所以执行print(x)时就会引用到 fun 函数中的变量 x ，但是 x 在使用（执行print(x)）前没有先声明（使用前必须先声明），所以出错。

x=1
def fun1():
    x=2
    fun2()  # 虽然在 fun2 定义前使用，但不会报错
    print(x)   # >> 2
 
 
def fun2():
    print(x)   # >> 1
 
 
fun1()

函数在定义阶段不会执行，因此可以使用未定义的名字，但是在运行之前，这些名字必须定义好，否则会出错。

因此，上面代码不会报错。

x=1
def fun1():
    x=3
    g()
    print(x)
 
 
fun1()   # 报错
 
 
def fun2():
    print(x)

这里出错，这是因为 fun1( ) 已经运行了，但是 fun2( ) 还没有定义好，所以就出错了。

x = 1
def fun1():
    print(x)
    
    
def fun2():
    x = 2
    fun1()

输出：1

在上面名称空间查找顺序中说过 函数名称空间的查找顺序以定义阶段为基准，所以在定义时只有全局的x = 1所以最后输出 1 。

Python名称空间与作用域

# 名称空间

# 名称空间查找顺序

# 名称空间的生命周期

# 内置名称空间

# 全局名称空间

# 局部名称空间

# 作用域

# global关键字

# nonlocal关键字

# 一些例子

ON THIS PAGE