python之名称空间和作用域(关键字：global和nonlocal的使用)

文章目录

前言
1、名称空间和作用域
- 1.1 引言
- 1.2 名称空间
- - 1.2.1 内置名称空间
  - 1.2.2 全局名称空间
  - 1.2.3 局部名称空间
  - 1.2.4 名称空间的产生和销毁顺序
- 1.3 作用域
- - 1.3.1 全局作用域
  - 1.3.2 局部作用域
  - 1.3.3 名字的查找顺序
- 1.4 关键字：global
- 1.5 关键字：nonlocal

前言

本篇文章主要讲解python中的名称空间和作用域，以及他们之间的联系，从底层出发了解其本质，理论知识偏多，请大家耐心观看。

1、名称空间和作用域

1.1 引言

我们在日常保存文件的时候，通常会遇到同名覆盖的问题，那么如何解决这个问题呢？

更改文件的名字
将同名文件放入不同的路径，也就是换个文件夹

总的来说,将文件放入不同的空间去保存，就可以避免同名覆盖的现象；那么在python中我们是如何避免这个问题的呢？

案例：

a = 1
a = 2 
print(a) # 输出结果：2，被第二个变量 a 覆盖了

def test1(b): # 形参：b
    print(b)

def b(): # 函数名：b
    pass

test1(666) # 输出结果：666

从上面可以看出，当我们定义两个 变量a时会发生覆盖现象，而定义函数test1时使用的形参b与函数b 的名字相同，却没有发生覆盖现象，难道他们在不同空间吗？这就是本章内容需要讨论的问题了，我们接着往下看

1.2 名称空间

名称空间又称名字空间，简单来说就是存放名字的一块空间；更切确的说是存放名字和数据绑定关系的地方

名称空间的意义：
不同的空间可以存放相同的名字，名字相同不会发生冲突
名称空间是对栈区的划分
这里我们简单了下栈区是什么？大家都知道电脑在使用数据时，需要将数据从外存读取到内存，然后交由cpu来处理，而在内存中，我们又对其进行了划分，分为：
1.、栈区：存放名字的地方，如电脑中的各种文件名
2、 堆区：存放数据的地方，文件中的数据

视图如下：
在这里插入图片描述

名称空间分为三类：
1、内置名称空间
2、全局名称空间
3、局部名称空间

1.2.1 内置名称空间

伴随着python解释器的启动而产生的空间，当python解释器关闭后该空间也会被回收，因此它也是第一个被加载的空间

内置名称空间的作用
用来存放python中一些内置的名字，比如内置函数名：input、len、print 等等，这些名字不用定义就可以使用

print() # 内置函数，不用定义直接使用
ah() # 没有定义过的函数，直接使用会报错

1.2.2 全局名称空间

伴随python代码的执行而产生的空间，执行完毕后就回收，是第二个被加载的空间；只要不是局部名称空间和内置名称空间定义的名字，剩下的名字都存放在全局名称空间中

如：

a = 1
if 3>1:
	b = 5
def c()
	pass
# a、b、c 都存放在全局名称空间中

1.2.3 局部名称空间

当调用函数后，运行函数内的代码从而产生的名字，就存放在局部名称空间内；该空间在调用函数时存活，函数调用完后就会回收

如：

def a(): # 定义时函数内的代码不会执行，不会产生空间
    r1 = '哈哈' 
    r2 = 66
    # r1和r2都是局部名字
    
a() # 调用后才产生局部名称空间，执行完后销毁

1.2.4 名称空间的产生和销毁顺序

产生顺序
内置名称空间》》全局名称空间》》局部名称空间
销毁顺序
局部名称空间》》全局名称空间》》内置名称空间

python解释器启动后，会占用一部分内存，在内存中的划分一个栈区来存放名称空间；如图：
在这里插入图片描述

1.3 作用域

前面所学的名称空间就是用来引出作用域；作用域也就是名字能够作用的范围

作用域分为两种类型：
1、全局作用域
2、局部作用域

1.3.1 全局作用域

内置名称空间和全局名称空间中的名字都属于全局作用域

全局作用域的特点
1、全局存活
在python文件中一直存在
2、全局有效
名字在python文件中任意位置都可以使用

案例：

a = 666 
print(a) # 输出结果：666

def b():
    print(a) # 输出结果：666
# 可以看到 变量a属于全局名字，print属于内置名字，他们都可以在全局和局部（函数）内都可以使用

1.3.2 局部作用域

局部名称空间中的名字属于局部作用域

局部作用域的特点
1、临时存活
只在局部名称空间产生时存在，销毁后消失
2、局部有效
名字只在产生自己的这个局部内起作用

def b():
    a = 666 # a 是局部名字，只能在自己这个局部内使用
    print(a) # 输出结果：666
def c():
    print(a) # 只能使用自己局部内定义的名字，报错
b()
c()    
print(a) # 不能使用局部的名字，报错

1.3.3 名字的查找顺序

当python代码执行后，程序会按顺序查找定义的名字：
局部名称空间》》全局名称空间》》内置名称空间

当名字查询到后就会停止查询，若名字在上面三个空间都无法查询，程序就会报错

案例1：

b = 1
def a():
    b = 666
    print(b) # 结果：666
a()

在上面可以看到，函数a调用后，局部名称空间产生，那么在程序会从局部开始查找，找到后就会停止查询，输出该结果

案例2：

b = 1
def a():
    print(b) # 会报错
    b = 666
a()

从上面可以看到，在全局和局部都定义了一个 变量b，所以在调用函数后，程序会从局部开始查找得到局部的变量b，但局部的变量b定义在 print之后，我们知道变量必须先定义在使用，这就导致了报错

1.4 关键字：global

将局部空间内的名字变为全局名称空间的名字，该名字的作用域也变成了全局
语法格式：global 变量名

案例：

a = 1
def b():
    global a # 将变量a 变为全局的名字
    a = 666
b()
print(a) # 输出结果：666

从上面可以看到，本来函数内的名字与全局内的名字是互不干扰的，但使用关键字global将变量a 变为全局的名字后，a 的值就被覆盖掉了

global 的本质
函数内部（局部）不能更改全局的名字，本质上是不能修改这个名字的内存地址，如果需要修改内存地址，则需要用到 global

案例1：

a = [1,2,3] # 可变数据类型
def b():
    a.append(4) # 增加一个元素，内存地址不变
b()
print(a) # 输出结果：[1,2,3,4]

案例2：

a = [1,2,3] # 可变数据类型
def b():
    a = [66,77] # 重新定义一个列表，内存地址改变
b()
print(a) # 输出结果：[1,2,3]

说明：
从上面两个案例可以看到，在案例1中函数内为全局中列表a 增加了一个元素，但内存地址不变，从而修改了全局中的名字；在案例2中函数内重新定义一个列表，改变了列表a 的内存地址，所以无法修改全局的名字，只有加上 globa后，才能修改成功

扩展：globas()
得到全局作用域中所有的名字，以字典的形式打印

a = 1
def b():
    global a
    a = 666
b()
print(globals()) # 打印全局作用域中所有的名字

输出结果：

{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002375CC73DC0>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'python文件的路径', '__cached__': None, 'a': 666, 'b': <function b at 0x000002375D0181F0>}

1.5 关键字：nonlocal

如果一个函数内又定义了一个函数，也就是函数的嵌套，那么最开始的函数与它嵌套的那个函数中的名字是无法互相使用修改的，因为他们在不同的局部空间内；若想使用则需要使用关键字:nonlocal，且使用时，外层函数中的名字必须存在
语法格式：nonlocal 变量名

案例：

a = 1 # 全局变量
def b():
    a = 2 # 函数b中的局部变量
    def c():
        nonlocal a # 使函数c可以修改 函数b中a的值，但无法修改全局中的变量a的值
        a = 3 # 函数c中的局部变量
    c()
    print(a) # 输出结果：3
b()
print(a) # 输出结果：1

说明：
从上面可以看到，使用 nonlocal后内层嵌套的函数 c 就可以修改外层函数b 中的变量了，但是注意，使用关键字 nonlocal时外层函数中必须存在该变量名，且该关键字无法作用于全局变量

扩展点：关键字 locals()

locals() 在全局和局部内使用后的结果不同：

全局内：得到全局作用域内所有的名字，以字典形式打印
局部内：得到局部作用域内所有的名字，以字典形式打印

案例：

a = 1
print(locals()) # 得到全局作用域内所有的名字

def b():
 	c = 666
    print(locals()) # 得到局部作用域内所有的名字
b()

输出结果：

{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000235348B3DC0>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'D:/PC_pycharm/CSDN try/基础核心语法/Day 2/1.py', '__cached__': None, 'a': 1}
{'c': 666}