Python 基础(十八):命名空间 & 作用域

Posted by Python小二 on 2019-10-26

1 命名空间

1.1 概念

命名空间(namespace)是名称到对象的映射,当前大部分命名空间都是通过 Python 字典来实现的,它的主要作用是避免项目中的名字冲突,每一个命名空间都是相对独立的,在不同的命名空间中可以同名,在相同的命名空间中不可以同名。

1.2 种类

命名空间主要有以下三种:

  • 内置:主要用来存放内置函数、异常等,比如:abs 函数、BaseException 异常。
  • 全局:指在模块中定义的名称,比如:类、函数等。
  • 局部:指在函数中定义的名称,比如:函数的参数、在函数中定义的变量等。

1.3 生命周期

通常在不同时刻创建的命名空间拥有不同的生命周期,看一下三种命名空间的生命周期:

  • 内置:在 Python 解释器启动时创建,退出时销毁。
  • 全局:在模块定义被读入时创建,在 Python 解释器退出时销毁。
  • 局部:对于类,在 Python 解释器读到类定义时创建,类定义结束后销毁;对于函数,在函数被调用时创建,函数执行完成或出现未捕获的异常时销毁。

2 作用域

2.1 概念

作用域是 Python 程序可以直接访问命名空间的文本区域(代码区域),名称的非限定引用会尝试在命名空间中查找名称,作用域是静态的,命名空间是随着解释器的执行动态产生的,因此在作用域中访问命名空间中的名字具有了动态性,即作用域被静态确定,被动态使用。

2.2 种类

Python 有如下四种作用域:

  • 局部:最先被搜索的最内部作用域,包含局部名称。
  • 嵌套:根据嵌套层次由内向外搜索,包含非全局、非局部名称。
  • 全局:倒数第二个被搜索,包含当前模块的全局名称。
  • 内建:最后被搜索,包含内置名称的命名空间。

作用域的搜索顺序通过下图直观的来看一下:

Python 中会按上图所示作用域由内向外去搜索名字。

再通过具体代码来对作用域作进一步了解,如下所示:

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# 全局作用域
g = 1
def outer():
    # 嵌套作用域
    e = 2
    def inner():
        # 局部作用域
        i = 3

2.3 global & nonlocal

我们先来看一下全局变量与局部变量。

  • 全局变量:定义在函数外部的变量。
  • 局部变量:定义在函数内部的变量。

全局变量可以在整个程序范围内进行访问,而局部变量只能在函数内部访问。通过具体示例看一下:

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# 全局变量
d = 0
def sub(a, b):
    # d 在这为局部变量
    d = a - b
    print('函数内 : ', d)

sub(9, 1)
print('函数外 : ', d)

执行结果:

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函数内 :  8
函数外 :  0

当内部作用域想要修改外部作用域的变量时,就要用到 globalnonlocal 关键字了,下面通过具体示例来了解一下。

如果我们想将上面示例中 sub() 函数中的 d 变量修改为全局变量,则需使用 global 关键字,示例如下所示:

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# 全局变量
d = 0
def sub(a, b):
    # 使用 global 声明 d 为全局变量
    global d
    d = a - b
    print('函数内 : ', d)

sub(9, 1)
print('函数外 : ', d)

执行结果:

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函数内 :  8
函数外 :  8

如果需要修改嵌套作用域中的变量,则需用到 nonlocal 关键字。

不使用 nonlocal

我们先来看一下不使用 nonlocal 关键字的执行情况,如下所示:

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def outer():
    d = 1
    def inner():
        d = 2
        print('inner:', d)
    inner()
    print('outer:', d)
outer()

执行结果:

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inner 2
outer 1

使用 nonlocal

再来看一下使用了 nonlocal 关键字的执行情况,如下所示:

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def outer():
    d = 1
    def inner():
        nonlocal d
        d = 2
        print('inner:', d)
    inner()
    print('outer:', d)
outer()

执行结果:

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inner 2
outer 2

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