Python变量作用域

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在Python中，变量的作用域定义为用户可以访问该变量的特定区域或范围。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变量的作用域类型

根据作用域，Python变量分为三类：

  • 局部变量

  • 全局变量

  • 非局部变量

局部变量

局部变量在特定的函数或代码块内定义。只有定义它的函数或代码块才能访问它，它的作用域有限。换句话说，局部变量的作用域仅限于其定义的函数，尝试在其外部访问它将导致错误。始终记住，多个局部变量可以具有相同的名称。

示例

以下示例显示了局部变量的作用域。

def myfunction():
   a = 10
   b = 20
   print("variable a:", a)
   print("variable 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：

variable a: 10
variable b: 20
30

全局变量

全局变量可以从程序的任何部分访问，它在任何函数或代码块之外定义。它不特定于任何块或函数。

示例

以下示例显示了全局变量的作用域。我们可以在函数作用域内和函数作用域外访问它们。

#global variables
name = 'TutorialsPoint'
marks = 50
def myfunction():
   # accessing inside the function
   print("name:", name)
   print("marks:", marks)
# function call   
myfunction()

上面的代码将产生以下输出：

name: TutorialsPoint
marks: 50

非局部变量

在Python中，那些既不在局部作用域也不在全局作用域中定义的变量称为非局部变量。它们用于嵌套函数。

示例

以下示例演示了非局部变量的工作方式。

def yourfunction():
   a = 5
   b = 6 
   # nested function
   def myfunction():
      # nonlocal function 
      nonlocal a
      nonlocal b
      a = 10
      b = 20 
      print("variable a:", a)
      print("variable b:", b)
      return a+b
   print (myfunction())
yourfunction()

上面的代码将产生以下输出：

variable a: 10
variable b: 20
30

Python变量的命名空间和作用域

命名空间是标识符（例如变量名、函数名、类名等）的集合。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提供以下类型的命名空间：

  • 内置命名空间包含内置函数和内置异常。它们在加载Python解释器时立即加载到内存中，并在解释器运行期间一直存在。

  • 全局命名空间包含在主程序中定义的任何名称。这些名称在程序运行期间一直存在于内存中。

  • 局部命名空间包含在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。下图显示了命名空间之间的关系。

Types Of Namespace

某个变量的生命周期仅限于其定义所在的命名空间。因此，无法从任何外部命名空间访问内部命名空间中的变量。

Python globals() 函数

Python 的标准库包含一个内置函数 globals()。它返回当前在全局命名空间中可用的符号的字典。

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)>}

可以看出，包含所有内置函数和内置异常定义的内置模块已加载。

示例

保存以下包含少量变量和一个在其内部包含更多变量的函数的代码。

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

从这个脚本内部调用 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程序中的变量及其值以及其中的函数对象（而不是函数中的变量）。

Python locals() 函数

Python 的标准库包含一个内置函数 locals()。它返回函数局部命名空间中当前可用符号的字典。

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() 返回一个字典，其中包含函数中当前可用的变量及其值。

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() 函数都返回字典，因此可以使用字典的 get() 方法或索引运算符访问相应命名空间中变量的值。

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

Python 中的命名空间冲突

如果全局和局部作用域中都存在同名变量，Python 解释器会优先考虑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 # this is a global variable
def myfunction():
   marks = 70 # this is a local variable
   print (marks)
   
myfunction()
print (marks) # prints global value

它将产生以下输出：

70
50

示例

如果尝试从函数内部操作全局变量的值，Python 会引发UnboundLocalError，如下面的示例所示：

# this is a global variable
marks = 50 
def myfunction():
   marks = marks + 20
   print (marks)

myfunction()
# prints global value
print (marks)

它将产生以下错误消息：

   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，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 # this is a global variable
var2 = 60 # this is a global variable
def myfunction():
   "Change values of global variables"
   globals()['var1'] = globals()['var1']+10
   global var2
   var2 = var2 + 20

myfunction()
print ("var1:",var1, "var2:",var2) #shows global variables with changed values

执行代码后，它将产生以下输出：

var1: 60 var2: 80

示例

最后，如果尝试在全局作用域中访问局部变量，Python 会引发 NameError，因为局部作用域中的变量无法在其外部访问。

var1 = 50 # this is a global variable
var2 = 60 # this is a global variable
def myfunction(x, y):
   total = x+y
   print ("Total is a local variable: ", total)

myfunction(var1, var2)
print (total) # This gives NameError

它将产生以下错误消息：

Total is a local variable: 110
Traceback (most recent call last):
   File "C:\Users\user\examples\main.py", line 9, in <module>
   print (total) # This gives NameError
          ^^^^^
NameError: name 'total' is not defined
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