Python中的变量作用域，LEGB规则和闭包原理

问题来源

最近看到了一个python程序题，就三行代码，却思考了很久才考虑明白，决定分享一下。

def num():
    return [lambda x:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in num()])

预计结果为：0, 2, 4, 6
实际输出为：6, 6, 6, 6

思路分析

其实把上面的代码拆分一下，等价于下面的代码

def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lamb(x):
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lamb)
    return fun_lambda_list

我们再把上面的代码加两行print输出，让结果看的更加明显：

PS:locals() 函数会以字典类型返回当前位置的全部局部变量。

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def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lamb(x):
            print('Lambda函数中 i {} 命名空间为：{}:'.format(i, locals()))
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lamb)
        print('外层函数 I 为：{} 命名空间为:{}'.format(i, locals()))
    return fun_lambda_list

fl = func()
fl[0](1)
fl[1](1)
fl[2](1)
fl[3](1)

我们会发现，打印的结果为：

外层函数 I 为：0 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>], 'i': 0}
外层函数 I 为：1 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>], 'i': 1}
外层函数 I 为：2 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>], 'i': 2}
外层函数 I 为：3 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837620>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837620>], 'i': 3}
Lambda函数中 i 3 命名空间为：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函数中 i 3 命名空间为：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函数中 i 3 命名空间为：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函数中 i 3 命名空间为：{'x': 1, 'i': 3}:

可以发现：四次循环中外层函数命名空间中的 i 从0-->1-->2-->3最后固定为3，而在此过程中内嵌函数lamb函数中因为没有定义 i 所以只有lamb函数动态运行时，在自己命名空间中找不到 i 才去外层函数复制i = 3 过来，结果就是所有lamb函数的 i 都为 3，导致得不到预计输出结果：0，2，4，6只能得到 6，6，6，6。

解决办法

变闭包作用域为局部作用域

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def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lambda_(x,i=i):
            print('Lambda函数中 i {} 命名空间为：{}:'.format(i, locals()))
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lambda_)
        print('外层函数 I 为：{} 命名空间为:{}'.format(i, locals()))
    return fun_lambda_list

fl = func()
fl[0](1)
fl[1](1)
fl[2](1)
fl[3](1)

打印结果：

外层函数 I 为：0 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, 'i': 0, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>]}
外层函数 I 为：1 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, 'i': 1, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>]}
外层函数 I 为：2 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>, 'i': 2, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>]}
外层函数 I 为：3 命名空间为:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227620>, 'i': 3, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227620>]}
Lambda函数中 i 0 命名空间为：{'i': 0, 'x': 1}:
Lambda函数中 i 1 命名空间为：{'i': 1, 'x': 1}:
Lambda函数中 i 2 命名空间为：{'i': 2, 'x': 1}:
Lambda函数中 i 3 命名空间为：{'i': 3, 'x': 1}:

所以，再回到最开始的那段代码。lambda x: x*i为内层（嵌）函数，他的命名空间中只有{'x': 1}没有 i ，所以运行时会向外层函数（这儿是列表解析式函数 [ ]）的命名空间中请求 i 。而当列表解析式运行时，列表解析式命名空间中的 i 经过循环依次变化为 0-->1-->2-->3最后固定为 3 ，所以当 lambda x: x*i内层函数运行时，去外层函数取 i 每次都只能取到 3。

将代码改成下面这样输出就会变成0，2，4，6.

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def num():
    return [lambda x,i=i:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in num()])

LEGB规则

只有函数、类、模块会产生作用域，代码块不会产生作用域。作用域按照变量的定义位置可以划分为4类：

Local(函数内部)局部作用域

Enclosing（嵌套函数的外层函数内部）嵌套作用域（闭包）

Global（模块全局）全局作用域

Built-in（内建）内建作用域

python解释器查找变量时，会按照顺序依次查找局部作用域—>嵌套作用域—>全局作用域—>内建作用域，在任意一个作用域中找到变量则停止查找，所有作用域查找完成没有找到对应的变量，则抛出 NameError: name 'xxxx' is not defined的异常。