python tips:作用域与名字空间

Python具有静态作用域，变量的作用域由它定义的位置决定，而与调用的位置无关。

a = 2

def f():
    a = 2

第一行的a的作用域是全局作用域，作用于定义位置后面的所有位置。

第四行的a的作用域是局部作用域，作用于f函数里。

Python能够形成局部作用域的只有函数与类，其他语句不形成局部作用域。

函数与类的局部作用域

def f():
    a = 1
class A:
    b = 2
if 1 == 1:
    c = 3
for _ in range(1):
    d = 4
while True:
    e = 5
    break
print(c, d, e)
try:
    print(a)
except Exception as e:
    print(e)
try:
    print(b)
except Exception as e:
    print(e)

输出结果

3 4 5
name 'a' is not defined
name 'b' is not defined

python动态运行时，每个作用域都有三个名字空间：由局部变量组成的local名字空间，由全局变量组成的global名字空间，以及python内建模块的builtins名字空间，在查询一个变量时，搜索顺序为local->global->builtins，即局部变量屏蔽全局变量，全局变量屏蔽内建变量。

python的global名字空间是动态的，即每遇到一个赋值语句（def与class也属于赋值语句），global名字空间都可能发生变化。

global名字空间的动态变化

print(dir())
a = 1
print(dir())
b = 2
print(dir())

输出结果

['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__']
['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'a']
['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'a', 'b']

从输出结果可以看出，global名字空间是动态增加的。

这意味着，虽然位于global名字空间的变量叫做全局变量，它的作用范围也不是全局位置，它只作用于第一次赋值之后的位置。因为只有在变量赋值初始化的时候，它才会被加入到global名字空间中。

函数和类搜索的global名字空间是调用位置的global名字空间，与定义位置无关

def f():
    print(a)

try:
    f()
except Exception as e:
    print(e)

a = 2
f()

输出结果

name 'a' is not defined
2

函数f打印全局变量a，a在第9行定义。在第五行调用f的时候，a不在global名字空间中，所以会输出错误信息，在第十行再次调用函数f时，a已经加入了global名字空间，所以能够打印出a。

python为了提高效率，local名字空间是静态实现的，因为对于一个函数来说，它所包含的局部变量是明确已知的。

函数的local名字空间是静态的

a = 4

def f():
    try:
        print(a)
    except Exception as e:
        print(e)
    a = 1

f()

输出结果

local variable 'a' referenced before assignment

在打印a的时候，在local名字空间中找到了a，但是这时候a并没有赋值初始化，所以抛出异常。这也说明了local名字空间与global名字空间不同，它会在一开始就把所有的局部变量加入到名字空间中。

总结：

1. python是静态作用域，变量初始化的位置决定了它的作用域，而与变量调用的位置无关

2. global名字空间是动态的，不同位置的global名字空间不同，local名字空间是静态的，局部变量在整个局部作用域内可见。