10、Python函数命名空间、作用域(LEGB)及Global

一、命名空间和作用域

当出现了函数，变量声明的位置就发生了变化，不同位置声明的变量，能访问这个变量的范围也出现了限制

1.1 定义

1. 命名空间： 是虚拟概念，对栈区的划分，用于对变量进行分区管理
2. 作用域： 一个数据能够作用的范围

命名空间根据范围的不同，分为以下几种类型：

1.2 内建命名空间和内建作用域

Python程序中最大的一个命名空间，通常在解释器运行目标代码的时候(也就是点RUN的时候)，由解释器创建的一个命名空间，负责初始化(即第一次赋值、第一次创建)系统环境变量。如：int/type()等

1. 内建命名空间加载时间：运行代码之前，通过解释器加载好系统的命名空间。包含了int/float/str/type()等等各种数据类型或者函数，所以我们在代码中才可以直接使用这些数据类型或者函数
2. 作用：初始化系统环境变量
3. 作用域：内建作用域(Builtin)，此空间内的数据作用范围是整个内建空间，包括子空间
4. 查看方式：dir()

1.3 全局命名空间和全局作用域

定义： 编写Python代码时，创建一个python文件，其中声明在函数外部的变量，称为：全局变量(global)。当前可以声明全局变量的所有位置称为全局命名空间

1. 加载时间：解释器运行目标代码时，加载全局命名空间，初始化该命名空间中的所有全局变量
2. 作用：声明、定义全局变量的范围
3. 作用域：全局作用(Global)
4. 查看方式：globals()查看当前全局命名空间中的所有全局变量，本质上globals()就是一个存储了数据的字典，

例如：

name = "张三"
age = 12
grade = ["1",2,"3"]

def outer():
    a = "a"
    def inner():
        a = "b"
    return inner


fun = outer()
fun()
print(f"全局变量字典为：{globals()}")

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1.3 局部命名空间和局部作用域

定义：当Python文件中声明函数时，独立出来了一个小的作用范围(函数内部)，通常情况下我们将函数内部的空间称为：局部命名空间

1. 加载时间：解释器运行目标代码时，加载完全局命名空间之后，加载局部命名空间，初始化局部命名空间中的局部变量

注意：如果是嵌套函数，嵌套函数是没有命名空间的，嵌套函数的空间存于父函数内，但嵌套函数是有其自己的作用域的，叫嵌套作用域(内部作用域)

2. 作用：声明、定义局部变量
3. 作用域：局部作用域（嵌套作用域）
4. 查看方式：Locals()查看当前命名空间中的所有数据

Locals(): 查看当前命名空间中的数据

• 编写在函数内部：查看局部命名空间中的数据
• 编写在函数外部：和globals()一样的意义

示例：

name = "张三"
age = 12
grade = ["1",2,"3"]


def outer():
    a = "a"
    print(f"outer局部的数据：{locals()}")
    def inner():
        a = "b"
        print(f"inner局部的数据：{locals()}")
    return inner

fun = outer()
fun()
print(f"全局变量字典为：{globals()}")
print(f"全局部的数据：{locals()}")
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1.4 总结

1. 命名空间是一个名词, 表示了一个可以声明变量的范围
2. 用作域是一个动词，表示一个变量起作用的范围
3. 解释器运行时，命名空间的加载顺序：内建命名空间–>全局命名空间–>局部命名空间
4. 命名空间销毁顺序：局部名称空间（调用函数结束销毁）> 全局命名空间（py文件执行j结束销毁）> 内置名称空间（关闭python解释器销毁）
5. 查询使用变量，查询使用顺序：内部作用域–>嵌套作用域–>全局作用域–>内建作用域,也就是Python常说的LEGB原则。查找顺序通俗的说就是：就近原则，一直找到内建作用域，找不到报：“name is not defined”

1.5 扩展：LEGB

• Local,本地作用域，局部作用域的local命名空间。函数调用时创建，调用结束消亡
• Enclosing,Python2.2时引入嵌套函数，实现了闭包，这个就是嵌套函数的外部函数的命名空间
• Global，全局作用域，即一个模块的命名空间。模块被import时创建 ，解释器退出时消亡
• Build-in，内置模块的命名空间,生命周期从python解释器启动时创建到解释器退出时消亡，例如：print(open),print和open都是的变量
  

二、Global关键字的使用说明

在讲述什么是Global之前，让我们先来看一个例子，以下例子两条print语句分别打印什么：

x = 100
def fn1():
    x +=1
    print(f"函数内的{x}")
fn1()
print(f"变更后的{x}")

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运行结果：

为什么会运行报错：X在使用前需要先分配变量值，明明我们在全局已经定义了一个X=100
原因：在python动态语言内，== 赋值即定义== ，在inner内部

• x += 1其实是一个x = x+1的赋值语句，那这个x就会函数运行在初始化进行加载，变成局部的一个变量
• 而=运算时，从左往右执行，在x=的时候已经默许了x是local variable，因此外部作用域的x=100是被屏蔽的。所以x+1中的x相当于一个没有赋值的变量，从而报错。

那么怎么解决这个问题？解决的办法一：使用global关建字将x定义为全局变量，这时在函数局部就会将x指向全局的变量x

让我们来看看具体的应用，下面的代码运行结果如何：

x = 100
def fn1():
    x = 10
    global x
    x +=1
    print(f"函数内的{x}")
fn1()
print(f"变更后的{x}")
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运行结果：

为什么还是报错，我们不是已经使用了global吗？那是因为我们前面声明前加了一句：x = 10
x = 10 时会将其置为局部变量，但程序执行到global x时，发现x已经在局部定义过了，所以报错，所以我们要先声明再调用

所以我们将程序调整为：

那么问题又来了，下面的例子，global x在inner函数内可以调用吗？

x = 100
def outer():
    global x
    x +=1
    print(f"ouer的x调用结果{x}")
    def inner():
        x +=1
        print(f"inner的x调用结果{x}")
    return inner
a = outer()
a()
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运行结果：

为什么报错，不是已经定义了global全局变量，同时也是局部作用域内先定义了吗？
原因：Global 定义只在全局和定义的当前作用域内起作用，所以上面的例子，global x只在全局作用域和嵌套作用域内可用，如果inner内部想调用，需要做以下调整

特别说明：

global关键字是一种破坏函数封装的方式，变量未经过传参即可在函数内部作用域内使用。所以在日常使用中，**不要使用，那我们要实现这种调用，可以用什么方式呢？python给我提供了一个关键字：Nolocal，后续我的笔记中会详细提到

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