【Python】作用域与命名空间

介绍

在 Python 中，作用域（Scope）和命名空间（Namespace）是管理变量访问和存储的核心概念。理解它们对于编写高效、可维护的代码非常重要。

作用域

作用域指的是变量的可见范围，决定了变量在程序中的哪些部分可以被访问。

Python 采用 LEGB 规则确定变量的作用域：

L（Local，局部作用域）：函数内部定义的变量，仅在函数内部有效。
E（Enclosing，嵌套作用域）：嵌套函数的外层函数作用域（非全局）。
G（Global，全局作用域）：当前 Python 文件（模块）内的全局变量。
B（Built-in，内置作用域）：Python 内置的变量，比如 len()、print()。

LEGB 规则的搜索顺序：

Local（局部） → Enclosing（嵌套） → Global（全局） → Built-in（内置）
一旦找到匹配的变量，就不会继续向上搜索。

作用域示例

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def scope_test():
    def do_local():
        spam = "local spam"

    def do_nonlocal():
        nonlocal spam
        spam = "nonlocal spam"

    def do_global():
        global spam
        spam = "global spam"

    spam = "test spam"
    do_local()
    print("After local assignment:", spam)
    do_nonlocal()
    print("After nonlocal assignment:", spam)
    do_global()
    print("After global assignment:", spam)

scope_test()
print("In global scope:", spam)

代码的输出是

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After local assignment: test spam
After nonlocal assignment: nonlocal spam
After global assignment: nonlocal spam
In global scope: global spam

命名空间

命名空间是存储变量（名字 → 值映射）的地方，每个变量名在 Python 里都会被存储在某个命名空间中。

局部命名空间

每个函数都会创建自己的局部命名空间，存储局部变量。
变量在函数执行完后会被销毁。

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def foo():
    x = 10  # x 在局部命名空间
    print(x)
foo()

全局命名空间

存储模块级变量，即定义在函数之外的变量。
只要 Python 解释器运行，变量就存在。

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y = 20  # y 在全局命名空间
def bar():
    print(y)  # 访问全局变量
bar()

内置命名空间

由 Python 解释器预定义的内置函数和对象，例如 print(), len(), list()。

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print(len([1, 2, 3]))  # 访问内置命名空间的 `len`

命名空间生命周期

函数内部赋值的变量会被认为是局部变量，不会影响外部变量。
要修改全局变量，需要使用 global 关键字。
要修改嵌套作用域变量，需要使用 nonlocal 关键字。

global 与 nonlocal 关键字

在 Python 中，默认情况下：

函数内部赋值的变量会被认为是局部变量，不会影响外部变量。
要修改全局变量，需要使用 global 关键字。
要修改嵌套作用域变量，需要使用 nonlocal 关键字。

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x = 100  # 全局变量

def change_global():
    global x  # 声明使用全局变量
    x = 200   # 修改全局变量

change_global()
print(x)  # 输出 200

💡 不加 global，x 在 change_global() 内部是局部变量，不会影响外部变量。

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def outer():
    x = 10  # 外部（Enclosing 作用域）

    def inner():
        nonlocal x  # 声明 `x` 来自外部作用域
        x = 20  # 修改 `outer()` 里的 `x`

    inner()
    print(x)  # 输出 20

outer()

💡 不加 nonlocal，inner() 里的 x 只是局部变量，不会影响 outer() 里的 x。

作用域与命名空间的关系

作用域是变量的可见范围，而命名空间是变量的存储位置。
作用域决定了 Python 解释器在多个命名空间中如何查找变量。
Python 按照 LEGB 规则在不同的命名空间中搜索变量。

locals() 与 globals()

locals() 和 globals() 是 Python 内置的两个函数，它们分别用于访问局部命名空间（Local Namespace）和全局命名空间（Global Namespace）。

注意：locals()函数在全局作用域调用，返回的就是全局命名空间的字典