Python標準庫--Scope
1 模塊簡介
你一定在很多計算機科學課程上聽說過作用域。它很重要,如果你不理解它的工作原理,那麽就會出現一些令人困惑的錯誤。作用域最基本的功能就是告訴編譯器一個變量什麽時候是可見的。也就是說,作用域定義了你使用變量的時間和範圍。當你嘗試使用一些不在當前作用域的變量時,你就會得到NameError。
Python有三類作用域:
局部作用域;
全局作用域;
非局部作用域(Python 3 中新增);
2 模塊使用
2.1 局部作用域
局部作用域是Python中使用最多的作用域。當你在一段代碼塊中創建一個變量,它將會在最近的作用域中使用。所有的作用域組成的集合就是代碼塊環境。也就是說,默認是在局部作用域中處理所有的任務。如果你想要不同的作用域,那麽你需要將變量設置為全局作用域或非局部作用域。
現在,我們使用Python的解釋器創建一個簡單的例子,來展示局部作用域任務。
>>> x = 10>>> def my_func(a,b):... print(x)... print(z)... >>> my_func(1,2)10Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "<stdin>", line 3, in my_func NameError: global name ‘z‘ is not defined
這裏,我們創建了變量x以及一個入參為兩個參數的簡單函數。它將會打印x和z。請記住,我們還沒有定義z,所以當我們調用這個函數時,我們將會獲得NameError。這是因為z還沒有定義或者它在作用域外部。如果你在調用函數之前定義z,那麽就會發現z,你就不會獲得NameError。
如果你嘗試訪問函數內部的變量,那麽你也會獲得NameError。
>>> def my_func(a,b):... i = 2... print(x)... >>> if __name__ == "__main__":... x = 10... my_func(1,2)... print(i)... 10Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 4, in <module> NameError: name ‘i‘ is not defined
變量i僅僅在函數內部定義,所以當你運行這段代碼時,你將會得到NameError。
我們稍微修改一下上面的代碼,將下面的代碼存儲到文件中,並運行。
def my_func(a,b): x = 5 print(x)if __name__ == "__main__": x = 10 my_func(1,2) print(x)
你認為將會發生什麽?10打印兩次?實際上並不是。原因就是我們現在有兩個x變量。my_func函數中的變量x是局部函數作用域,它將會覆蓋函數外部的變量x。當我們調用my_func函數時,我們打印5而非10。當函數返回時,my_func函數中的變量x會被回收,函數外的變量x將會起作用,這就是為什麽最後一行語句打印出10。
如果你想了解具體的技巧,你可以在函數中的賦值語句前打印x,如下所示,
>>> def my_func(a,b):... print(x)... x = 5... print(x)... >>> if __name__ == "__main__":... x = 10... my_func(1,2)... print(x)
當你運行這段代碼時,你將會得到如下的異常,
Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 3, in <module> File "<stdin>", line 2, in my_func UnboundLocalError: local variable ‘x‘ referenced before assignment
這個異常發生,是因為Python提示你在my_func函數中後賦值給x,由於x還沒有定義,因此它拋出異常。
2.2 全局作用域
Python包括global語句。它是Python的一個關鍵字。global語句定義了這個變量可以在隨後的代碼塊中作為變量使用。雖然你可以在聲明全局之前創建一個名稱,但這是非常不鼓勵的。讓我們嘗試使用global來修復上一個例子拋出的異常:
def my_func(a,b): global x print(x) x = 5 print(x)if __name__ == "__main__": x = 10 my_func(1,2) print(x)
這段代碼的輸出是,
10 5 5
通過將x定義為全局變量,我們告訴Pyton在函數中第一個打印函數中首先使用第一個定義的x。然後我們給x賦予新值5,在退出函數前再次打印。你將會註意到現在x是全局變量,當我們到達代碼塊的最後一個輸出語句時,x依然是5。
讓我們混合使用global和local來做一些有意思的事情,
def my_func(a,b): global c b,a = a,b d = ‘Mike‘ print(a,b,c,d) a , b , c , d = 1 , 2 , ‘c is global‘ , 4my_func(a,b) print(a , b , c , d)
在這裏,我們將變量c設置為全局變量。這個將會導致在函數內部和外部,c都會輸出相同的值。我們在函數內部交換變量a和b,可以顯示出我們在函數內部對其進行了交換,但是在函數外部,並沒有修改二者。這也顯示出變量a和b並不是全局變量,你應該可以看到如下的輸出結果:
(2, 1, ‘c is global‘, ‘Mike‘) (1, 2, ‘c is global‘, 4)
我在此想提醒你不要在函數內部修改全局變量。這在Python社區中是一個不好的例子,它也會導致調試更加困難。
現在,我們已經理解了局部和全局變量,下面我們將要了解非局部變量。
2.3 非局部作用域
Python 3新增了一個關鍵詞--nonlocal。關鍵詞nonlocal增加了一個作用域用於覆蓋內部作用域。你可以閱讀PEP 3104。下面一段代碼可以很好的解釋非局部作用域。最常見的例子就是創建一個自增函數,
def counter(): num = 0 def incrementer(): num += 1 return num return incrementer
如果你運行這段代碼,你將會得到UnboundLocalError這個錯誤,因為變量num在內部函數中在賦值之前引用。讓我們增加局部作用域,
>>> def counter():... num = 0... def incrementer():... nonlocal num... num += 1... return num... return incrementer... >>> >>> c = counter()>>> c <function counter.<locals>.incrementer at 0x7f67735ffea0>>>> c()1>>> c()2>>> c()3
現在我們定義的自增函數已按照我們期望開始工作。這種類型的函數被稱為closure(閉包)。閉包就是一個將非局部變量封裝起來的代碼塊。閉包背後的思想就是你可以在函數外部引用這些變量。
nonlocal允許你將變量分配到作用域外,但不是全局作用域。你不能在counter函數中使用nonlocal,因為它嘗試著將其分配到全局作用域。你可以嘗試一下,你將會得到SyntaxError。所以你必須在嵌套函數中使用nonlocal。
2.4 總結
在本文中,我們了解了通過Python關鍵詞global和nonlocal來修改變量的引用方式。我們學習了在哪裏使用以及為什麽。我們也學習了局部作用域。
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