变量作用域

在Python中，变量的作用域（Scope）决定了变量在程序中的可见性和生命周期。理解变量作用域对于编写清晰、可维护的代码至关重要。Python中有三种主要的作用域：局部作用域（Local Scope）、嵌套作用域（Nested Scope）和全局作用域（Global Scope）。此外，还有模块作用域（Module Scope）和内置作用域（Built-in Scope）。

1. 全局作用域（Global Scope）

全局作用域指的是在整个程序范围内都可见的变量。这些变量在模块的顶层定义，可以被模块内的所有函数和方法访问。

示例：

# 全局变量
global_var = "I am global"

def func1():
    print(global_var)  # 访问全局变量

def func2():
    global global_var
    global_var = "I am modified"  # 修改全局变量

func1()  # 输出：I am global
func2()
func1()  # 输出：I am modified

在func2中，我们使用global关键字来指明global_var是一个全局变量，从而允许在函数内部修改它。

2. 局部作用域（Local Scope）

局部作用域指的是只在函数或代码块内部可见的变量。这些变量在函数内部定义，并且只能在该函数内部被访问和修改。

示例：

def func():
    local_var = "I am local"
    print(local_var)  # 访问局部变量

func()  # 输出：I am local
print(local_var)  # NameError: name 'local_var' is not defined

尝试在函数外部访问local_var会导致NameError，因为它只在func的局部作用域内可见。

3. 嵌套作用域（Nested Scope）

嵌套作用域出现在一个函数内部定义另一个函数时。内部函数可以访问外部函数的变量，但不能修改它们，除非使用nonlocal关键字。

示例：

def outer():
    outer_var = "I am outer"

    def inner():
        print(outer_var)  # 访问外部函数的变量

    inner()

outer()

inner函数可以访问outer函数中的outer_var，因为它处于嵌套作用域中。

4. 非局部作用域（Nonlocal Scope）

nonlocal关键字用于在嵌套函数中修改外层函数的变量，但不能用于修改全局变量。

示例：

def outer():
    outer_var = "I am outer"

    def inner():
        nonlocal outer_var
        outer_var = "I am modified by nonlocal"

    inner()
    print(outer_var)

outer()
# 输出：I am modified by nonlocal

在这个例子中，inner函数使用nonlocal关键字来指明outer_var不是全局变量，而是属于外层函数outer的局部变量，并对其进行了修改。

5. 模块作用域（Module Scope）

模块作用域指的是在模块级别定义的变量。这些变量对模块内部的所有函数和类都是可见的，但对模块外部不可见，除非通过import导入模块。

示例：

假设有一个名为mymodule.py的模块：

# mymodule.py
module_var = "I am a module variable"

在另一个模块中，可以这样访问module_var：

import mymodule

print(mymodule.module_var)  # 输出：I am a module variable

6. 内置作用域（Built-in Scope）

内置作用域包含了Python解释器预定义的所有内置函数和变量，如len()、str()、type()等。

示例：

my_list = [1, 2, 3]
print(len(my_list))  # 输出：3

在这里，len函数是内置作用域中的一个内置函数。

7. 作用域解析顺序（Scope Resolution Order, MRO）

Python使用C3线性化算法来解析变量的作用域，这决定了在多重继承的情况下变量将被如何查找。这个顺序基于类的继承关系，从左到右，从上到下。

示例：

class A:
    x = "A's x"

class B(A):
    y = "B's y"

class C(A):
    z = "C's z"

class D(B, C):
    pass

print(D.x)  # 输出：A's x
print(D.y)  # 输出：B's y
print(D.z)  # 输出：C's z

在这个例子中，D继承自B和C，而B和C都继承自A。D的作用域解析顺序是D -> B -> C -> A。

8. 变量的生命周期

变量的生命周期指的是变量从创建到销毁的时间。局部变量的生命周期仅限于函数调用期间，而全局变量和模块级别的变量则持续到程序结束。

9. 作用域和闭包

闭包是一个函数和其相关变量的组合，这些变量包括自由变量（在函数中引用但未在函数中定义的变量）。闭包可以捕获并存储函数外部的变量。

示例：

def outer():
    outer_var = "I am outer"

    def inner():
        return outer_var

    return inner

closure = outer()
print(closure())  # 输出：I am outer

在这里，inner函数是一个闭包，它捕获了outer函数的局部变量outer_var。

通过理解Python中变量的作用域，可以更好地控制变量的可见性和生命周期，编写出更加健壮和可维护的代码。

视频讲解

BiliBili： 视睿网络-哔哩哔哩视频 (bilibili.com)