关于Python名称空间与作用域介绍

布满荆棘的人生 2024-03-31 16:50 79阅读 0赞

这篇文章主要介绍了Python名称空间与作用域，名称空间即存放名字与对象映射 绑定关系的地方。

### 名称空间 ###

名称空间即存放名字与对象映射/绑定关系的地方。对于x=3，Python会申请内存空间存放对象3，然后将名字x与3的绑定关系存放于名称空间中，del x表示清除该绑定关系。

在程序执行期间最多会存在三种名称空间

#### 1、内建名称空间 ####

伴随python解释器的启动/关闭而产生/回收，因而是第一个被加载的名称空间，用来存放一些内置的名字，比如内建函数名

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 </td> 
 <td> <code>&gt;&gt;&gt; </code><code>max</code> <code>&lt;built</code><code>-</code><code>in</code> <code>function </code><code>max</code><code>&gt; </code><code>#built-in内建</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 2、全局名称空间 ####

伴随python文件的开始执行/执行完毕而产生/回收，是第二个被加载的名称空间，文件执行过程中产生的名字都会存放于该名称空间中，如下名字

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 </td> 
 <td> <code>import</code> <code>sys </code><code>#模块名sys</code> <code>x</code><code>=</code><code>1</code> <code>#变量名x</code> <code>if</code> <code>x </code><code>=</code><code>=</code> <code>1</code><code>:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>y</code><code>=</code><code>2</code> <code>#变量名y</code> <code>def</code> <code>foo(x): </code><code>#函数名foo</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>y</code><code>=</code><code>1</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>def</code> <code>bar():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pass</code> <code>Class Bar: </code><code>#类名Bar</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pass</code>&nbsp;&nbsp;&nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 3、局部名称空间 ####

伴随函数的调用/结束而临时产生/回收，函数的形参、函数内定义的名字都会被存放于该名称空间中

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 </td> 
 <td> <code>def</code> <code>foo(x):</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>y</code><code>=</code><code>3</code> <code>#调用函数时，才会执行函数代码，名字x和y都存放于该函数的局部名称空间中</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

名称空间的加载顺序是：内置名称空间->全局名称空间->局部名称空间，而查找一个名字，必须从三个名称空间之一找到，查找顺序为：局部名称空间->全局名称空间->内置名称空间。

### 作用域 ###

#### 1、全局作用域与局部作用域 ####

按照名字作用范围的不同可以将三个名称空间划分为两个区域：

*  全局作用域:位于全局名称空间、内建名称空间中的名字属于全局范围，该范围内的名字全局存活（除非被删除，否则在整个文件执行过程中存活）、全局有效（在任意位置都可以使用）；
 *  局部作用域:位于局部名称空间中的名字属于局部范围。该范围内的名字临时存活（即在函数调用时临时生成，函数调用结束后就释放）、局部有效（只能在函数内使用）。

#### 2、 作用域与名字查找的优先级 ####

在局部作用域查找名字时，起始位置是局部作用域，所以先查找局部名称空间，没有找到，再去全局作用域查找：先查找全局名称空间，没有找到，再查找内置名称空间，最后都没有找到就会抛出异常

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 </td> 
 <td> <code>x</code><code>=</code><code>100</code> <code>#全局作用域的名字x</code> <code>def</code> <code>foo():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>300</code> <code>#局部作用域的名字x</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>print</code><code>(x) </code><code>#在局部找x</code> <code>foo()</code><code>#结果为300</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

在全局作用域查找名字时，起始位置便是全局作用域，所以先查找全局名称空间，没有找到，再查找内置名称空间，最后都没有找到就会抛出异常

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 </td> 
 <td> <code>x</code><code>=</code><code>100</code> <code>def</code> <code>foo():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>300</code> <code>#在函数调用时产生局部作用域的名字x</code> <code>foo()</code> <code>print</code><code>(x) </code><code>#在全局找x,结果为100</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**提示：**可以调用内建函数locals()和globals()来分别查看局部作用域和全局作用域的名字，查看的结果都是字典格式。在全局作用域查看到的locals()的结果等于globals()

Python支持函数的嵌套定义，在内嵌的函数内查找名字时，会优先查找自己局部作用域的名字，然后由内而外一层层查找外部嵌套函数定义的作用域，没有找到，则查找全局作用域

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 </td> 
 <td> <code>x</code><code>=</code><code>1</code> <code>def</code> <code>outer():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>2</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>def</code> <code>inner(): </code><code># 函数名inner属于outer这一层作用域的名字</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>3</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>print</code><code>(</code><code>'inner x:%s'</code> <code>%</code><code>x)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>inner()</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>print</code><code>(</code><code>'outer x:%s'</code> <code>%</code><code>x)</code> <code>outer() </code> <code>#结果为</code> <code>inner x:</code><code>3</code> <code>outer x:</code><code>2</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

在函数内，无论嵌套多少层，都可以查看到全局作用域的名字，若要在函数内修改全局名称空间中名字的值，当值为不可变类型时，则需要用到global关键字

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 </td> 
 <td> <code>x</code><code>=</code><code>1</code> <code>def</code> <code>foo():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>global</code> <code>x </code><code>#声明x为全局名称空间的名字</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>2</code> <code>foo()</code> <code>print</code><code>(x) </code><code>#结果为2</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

当实参的值为可变类型时，函数体内对该值的修改将直接反应到原值，

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 </td> 
 <td> <code>num_list</code><code>=</code><code>[</code><code>1</code><code>,</code><code>2</code><code>,</code><code>3</code><code>]</code> <code>def</code> <code>foo(nums):</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>nums.append(</code><code>5</code><code>)</code> <code>foo(num_list)</code> <code>print</code><code>(num_list)</code> <code>#结果为</code> <code>[</code><code>1</code><code>, </code><code>2</code><code>, </code><code>3</code><code>, </code><code>5</code><code>]</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

对于嵌套多层的函数，使用nonlocal关键字可以将名字声明为来自外部嵌套函数定义的作用域（非全局）

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 </td> 
 <td> <code>def</code>&nbsp; <code>f1():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>2</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>def</code> <code>f2():</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>nonlocal x</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>x</code><code>=</code><code>3</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>f2() </code><code>#调用f2(),修改f1作用域中名字x的值</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>print</code><code>(x) </code><code>#在f1作用域查看x</code> <code>f1()</code> <code>#结果</code> <code>3</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

nonlocal x会从当前函数的外层函数开始一层层去查找名字x，若是一直到最外层函数都找不到，则会抛出异常。

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