Python 变量作用域

Python 中的变量作用域定义了变量对于用户的可访问区域。变量的作用域取决于其定义的位置和方式。在 Python 中，变量可以具有全局作用域或局部作用域。

Python 变量的作用域分类

根据作用域，Python 变量可以分为三类：

局部变量
全局变量
非局部变量

局部变量

局部变量是在特定函数或代码块内定义的。它只能被定义它的函数或块所访问，并且其作用范围有限。换句话说，局部变量的作用域仅限于它们所在的函数，尝试在其外部访问它们会导致错误。始终记住，可以存在多个同名的局部变量。

示例

下面的示例展示了局部变量的作用域。

def myfunction():
   a = 10
   b = 20
   print("变量 a:", a)
   print("变量 b:", b)
   return a + b
   
print(myfunction())

在上面的代码中，我们通过其函数访问了局部变量。因此，代码将产生以下输出：

变量 a: 10
变量 b: 20
30

全局变量

全局变量可以从程序的任何部分访问，并且定义在任何函数或代码块之外。它不属于任何特定的块或函数。

示例

下面的示例展示了全局变量的作用域。我们可以在函数内部以及外部访问它们。

# 全局变量
name = 'TutorialsPoint'
marks = 50
def myfunction():
   # 在函数内部访问
   print("name:", name)
   print("marks:", marks)
# 函数调用   
myfunction()

上述代码将产生以下输出：

name: TutorialsPoint
marks: 50

非局部变量

那些既不在局部也不在全局作用域内的 Python 变量被称为非局部变量。它们通常用于嵌套函数中。

示例

下面的示例演示了非局部变量的工作原理。

def yourfunction():
   a = 5
   b = 6 
   # 嵌套函数
   def myfunction():
      # 非局部函数 
      nonlocal a
      nonlocal b
      a = 10
      b = 20 
      print("变量 a:", a)
      print("变量 b:", b)
      return a + b
   print(myfunction())
yourfunction()

上述代码将产生以下输出：

变量 a: 10
变量 b: 20
30

命名空间与 Python 变量的作用域

命名空间是一组标识符，例如变量名、函数名、类名等。在 Python 中，命名空间用于管理变量的作用域，并防止命名冲突。

Python 提供了以下几种类型的命名空间：

内置命名空间包含内置函数和异常。它们在 Python 解释器加载时就存在于内存中，并持续到解释器运行结束。
全局命名空间包含主程序中定义的所有名称。这些名称在程序运行期间一直存在于内存中。
局部命名空间包含函数内部定义的名称。它们在函数运行期间可用。

这些命名空间是嵌套的，一个在另一个里面。下面的图展示了命名空间之间的关系。

Types Of Namespace

变量的生命周期

某个变量的生命期限制在其定义的命名空间内。因此，不可能从外部命名空间访问内部命名空间中的变量。

Python 的 globals() 函数

Python 标准库中包含一个内置函数 globals()。它返回当前在全局命名空间中的符号字典。

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异常定义的内置模块已经被加载。

示例

保存以下代码，其中包含几个变量和一个函数，函数内部也有几个变量。

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

从脚本内部调用 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了程序中的变量及其值和函数对象（而不是函数内的变量）。

Python 的 locals() 函数

Python 标准库中包含一个内置函数 locals()。它返回当前在函数局部命名空间中的符号字典。

示例

修改上述脚本以从函数内部打印全局和局部命名空间的字典。

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() 返回了函数当前可用的变量及其值的字典。

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 函数返回的是字典，你可以使用字典的 get() 方法或索引操作符来从相应的命名空间中访问变量的值。

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

Python 中的命名空间冲突

如果全局和局部作用域中存在同名变量，Python 解释器会优先处理局部命名空间中的变量。

示例

在下面的示例中，我们定义了一个局部变量和一个全局变量。

marks = 50 # 这是一个全局变量
def myfunction():
   marks = 70 # 这是一个局部变量
   print(marks)
   
myfunction()
print(marks) # 打印全局值

它将产生以下输出：

70
50

示例

如果你试图在函数内部修改全局变量的值，Python 会抛出 UnboundLocalError 如下面的示例所示：

# 这是一个全局变量
marks = 50 
def myfunction():
   marks = marks + 20
   print(marks)

myfunction()
# 打印全局值
print(marks)

它将产生以下错误信息：

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

示例

要修改全局变量，你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 # 这是一个全局变量
var2 = 60 # 这是一个全局变量
def myfunction():
   "更改全局变量的值"
   globals()['var1'] = globals()['var1'] + 10
   global var2
   var2 = var2 + 20

myfunction()
print("var1:", var1, "var2:", var2) # 显示已更改的全局变量值

执行代码后，它将产生以下输出：

var1: 60 var2: 80

示例

最后，如果你试图在全局作用域中访问局部变量，Python 会抛出 NameError，因为局部作用域中的变量无法在其外部访问。

var1 = 50 # 这是一个全局变量
var2 = 60 # 这是一个全局变量
def myfunction(x, y):
   total = x + y
   print("Total 是一个局部变量:", total)

myfunction(var1, var2)
print(total) # 这里会产生 NameError

它将产生以下错误信息：

Total 是一个局部变量: 110
Traceback (most recent call last):
   File "C:\Users\user\examples\main.py", line 9, in <module>
   print(total) # 这里会产生 NameError
          ^^^^^
NameError: name 'total' is not defined