python命名空间、作用域、闭包与传值传引用

（以下内容，均基于python3）

最近在看python函数部分，讲到了python的作用域问题，然后又讲了Python的闭包问题。

在做作业的时候，我遇到了几个问题，下面先来看作业。

一、

作业1：

代码A：

def outside():
    var = 5
    def inside():
        var = 3
        print(var)
        
    inside()
outside()

代码B：

def outside():
    var = 5
    def inside():
        print(var)
        var = 3
        
    inside()
outside()

代码A结果：3

代码B的结果：UnboundLocalError: local variable 'var' referenced before assignment

本地变量“var”在被赋值之前，就被引用了

 作业2：

def outside():
    var = 5
    
    def inside(var):
        print(var)
        var += 1
    
    inside(var)
    print(var)

outside()

结果：

5

5

作业3：

def outside():
    var = [1, 2, 3]
    
    def inside(new_var):
        print(new_var)
        new_var[0] = 8
    
    inside(var)
    print(var)

outside()

结果：

[1, 2, 3]

[8, 2, 3]

 

作业4：

 1 def outside():
 2     var = [1, 2, 3]
 3     
 4     def inside():
 5         print(var)
 6         var[0] = 8
 7     
 8     inside()
 9     print(var)
10 
11 out()

结果：

[1, 2, 3]

[8, 2, 3]

作业5：

def outside():
    var = [1, 2, 3]
    def inside():

        print(var)
        var = [4, 5, 6] 
        
    inside()
    print(var)
outside()

结果：UnboundLocalError: local variable 'var' referenced before assignment

本地变量“var”在被赋值之前，就被引用了

我当时，对这4个作业比较迷。。。然后，我就研究了一下，发现问题本质是：1.python变量的作用域问题  2.python的函数传递参数是传值or传引用

要想搞清楚“闭包”，就要搞清楚“作用域”，要想搞清楚“作用域”，就要搞清楚“命名空间”

关系如下：

闭包——>作用域——>命名空间

二、python变量的作用域问题

　　1.命名空间：

　　　　1.1什么是命名空间？

　　　　　　Namespace命名空间，也称名字空间，是从名字到对象的映射。

　　　　　　命名空间的一大作用是避免名字冲突　　　　　　

1 def fun1():
2     i = 1
3 
4 def fun2():
5     i = 2

　　　　　　同一个模块中的两个函数中，两个同名名字i之间绝没有任何关系，因为它们分属于不同明明空间。

　　　　　　如果还不清楚，就打个比方：

　　　　　　　　A名字叫作“张三”；然后，B名字也叫作“张三”。当AB俩人分别在各自的家里的时候，如果有人呼唤“张三”这个名字，A和B都知道叫的是自己，而A和B两个人除了名字相同，都叫做“张三”以外，两个人没有任何关系。如果A和B后来，上学了，在同一个班级，那么当老师叫“张三”这个名字的时候，AB就分不清到底叫的是不是自己了。

　　　　　　　　这里面，AB这两个人就是变量；“张三”就是变量名；A的家族、B的家族、学校，就是三个不同的命名空间。

　　　　　　名字就是一个指代和引用，目的是：通过提到“名字”，我们能方便快速地找到“名字”主人的本体，当名字发生冲突时，指代发生混乱，命名空间可以帮我们避免这种冲突。

　　　　1.2命名空间的分类：

　　　　　　命名空间分3类：内置命名空间、全局命名空间、局部命名空间。

　　　　　　（1）内置命名空间：built-in名字集合，包括像abs()这样的函数，以及内置的异常名字等。通常，使用内置这个词表示这个命名空间-内置命名空间。

　　　　　　（2）全局命名空间：模块全局名字集合，直接定义在模块中的名字，如类，函数，导入的其他模块等。通常，使用全局命名空间表示。

　　　　　　（3）局部命名空间：函数调用过程中的名字集合，函数中的参数，函数体定义的名字等，在函数调用时被“激活”，构成了一个命名空间。通常，使用局部命名空间表示。

　　　　　　

　　　　　　注意：1.一个对象的属性集合，也构成了一个命名空间。但通常使用objname.attrname的间接方式访问属性，而不是直接访问，故不将其列入命名空间讨论。

　　　　　　　　　2.类定义的命名空间，通常解释器进入类定义时，即执行到class ClassName:语句，会新建一个命名空间。(见官方对类定义的说明)

　　　　

　　　　1.3命名空间的生命周期：

　　　　　　（1）内置命名空间，在Python解释器启动时创建，解释器退出时销毁；

　　　　　　（2）全局命名空间，模块的全局命名空间在模块定义被解释器读入时创建，解释器退出时销毁；

　　　　　　（3）局部命名空间，这里要区分函数以及类定义。函数的局部命名空间，在函数调用时创建，函数返回或者由未捕获的异常时销毁；类定义的命名空间，在解释器读到类定义创建，类定义结束后销毁。(关于类定义的命名空间，在类定义结束后销毁，但其实类对象就是这个命名空间内容的包装，见官方对类定义的说明)

　　

　　2.作用域：

　　　　2.1什么是作用域？

　　　　　　作用域，这个词听起来很高大上，我觉得，就是一块代码（区域）

　　　　　　

　　　　　　（1）变量分为两种引用方式：

• • • • 直接引用：直接使用名字访问的方式，如name，这种方式尝试在名字空间中搜索名字name。
      • 间接引用：使用形如objname.attrname的方式，即属性引用，这种方式不会在命名空间中搜索名字attrname，而是搜索名字objname，再访问其属性。　　　

　　　　2.2作用域与命名空间是什么关系？

　　　　　　　名字作用域就是名字可以影响到的代码文本区域，命名空间的作用域就是这个命名空间可以影响到的代码文本区域。那么也存在这样一个代码文本区域，多个命名空间可以影响到它。 

　　　　　　　运行时的作用域，是按照特定层次组合起来的命名空间。

　　　　2.3名字的搜索规则：

　　　　　　　如果，python程序中，引用了一个名字，python怎样搜索这个名字呢？

• • • • Local ：首先搜索，包含局部名字的最内层（innermost）作用域，如函数/方法/类的内部局部作用域；

• • • • Enclosing：根据嵌套层次从内到外搜索，包含非局部（nonlocal）非全局（nonglobal）名字的任意封闭函数的作用域。如两个嵌套的函数，内层函数的作用域是局部作用域，外层函数作用域就是内层函数的 Enclosing作用域；

• • • • Global：倒数第二次被搜索，包含当前模块全局名字的作用域；

• • • • Built-in：最后被搜索，包含内建名字的最外层作用域。

　　　　　　Python按照以上L-E-G-B的顺序依次在四个作用域搜索名字。没有搜索到时，Python抛出NameError异常。

　　　　　　总结：作用域优先级：L-E-G-B

　　　　

　　　　2.4现在再回头来，上面的作业：

　　　　作业1：代码A　　　

1 def outside():
2     var = 5
3     def inside():
4         var = 3
5         print(var)
6         
7     inside()
8 outside()

　　　　　结果是：3

　　　　代码运行顺序：8-1-2-7-3-4-5

　　　　8：当Python解释器运行第8行代码时，调用outside()函数；

　　　　1：运行第1行，创建了outside的局部作用域Local(outside)；

　　　　2：运行第2行；

　　　　7：运行第7行，调用inside()函数，跳转到第3行；

　　　　3：运行第三行，创建inside的局部作用域Local(inside)。

　　　　　 此时，在inside()函数内部：由于函数嵌套，outside()是inside()的外层函数，inside()是最里层函数，所以，Local(inside)是局部作用域，Local(outside)是Local(inside)的Enclosing作用域。

　　　　　 所以，名字的搜索顺序为：Local(inside)——Local(outside)——Global——Built-in

　　　　4：运行第4行，在Local(inside)内部创建一个变量var。

　　　　5：运行第5行，print(var)，根据Local(inside)——Local(outside)——Global——Built-in的顺序，搜索名字为var的变量

　　　　所以，输出3，而不是5。

　　　　7：inside()函数执行完毕，返回第7行，Local(inside)作用域销毁。

　　　　8：outside()函数执行完毕，返回第8行，Local(outside)作用域销毁。

　　　

　　　　代码B：

1 def outside():
2     var = 5
3     def inside():
4         print(var)
5         var = 3
6         
7     inside()
8 outside()

 　　　　结果：UnboundLocalError: local variable 'var' referenced before assignment

本地变量“var”在被赋值之前，就被引用了

 

　　　　　　代码执行顺序：8-1-2-7-3-4-5

　　　　　　8-1-2-7-3：python执行，同代码A

　　　　　　3：运行第3行，创建Local(inside)局部作用域

　　　　　　4：python解释器运行第4行，print(var)，从Local根据Local(inside)——Local(outside)——Global——Built-in的顺序，搜索名字为var的变量。

　　　　　　　　发现，在最内部局部作用域Local(inside)，无法找到名字为“var”的变量！

　　　　　　　　然后，python解释器，会继续执行完inside()这个函数！！！

　　　　　　　　在第5行，发现赋值语句：var = 3

　　　　　　　　则，python解释器就认为，var这个变量是属于Local(inside)局部作用域的。

　　　　　　　　既然对变量 b 的赋值（声明）发生在 print 语句之后， print 语句执行时，变量 b 是还未被声明的，于是抛出错误：变量在赋值前就被引用。

　　　　代码2：

 1 def outside():
 2     var = 5
 3     
 4     def inside(var):
 5         print(var)
 6         var += 1
 7     
 8     inside(var)
 9     print(var)
10 
11 outside()

　　　　结果：

　　　　5

　　　　5

　　　　原因：

　　　　第4行，内部函数声明了形参var，在Local(inside)局部作用域内部，创建了一个新的名为“var”的变量

　　　　第8行，通过调用函数inside(var)，传参，将Local(outside)作用域的变量var的值5，传递给内部的Local(outside)作用域的变量var，使它的初始值也为5。

　　　　第5行，打印变量var，得5

　　　　第6行，var += 1，内部函数（作用域Local(inside)）的变量var的值，变为6。

　　　　返回第8行，inside()函数执行完毕，内部作用域Local(inside)随之销毁。

　　　　第9行，名字搜索顺序为：Local(outside)——Global——Built-in，所以输出打印outside()作用域中的变量var的值，5.