python命名空间和作用域

 

 

 

python使用命名空间记录变量。python中的命名空间就像是一个dict，key是变量的名字，value是变量的值。

• python中，每个函数都有一个自己的命名空间，叫做local namespace，它记录了函数的变量。
• python中，每个module有一个自己的命名空间，叫做global namespace，它记录了module的变量，包括 functions, classes 和其它imported modules，还有 module级别的 变量和常量。
• 还有一个build-in 命名空间，可以被任意模块访问，这个build-in命名空间中包含了build-in function 和 exceptions。

当python中的某段代码要访问一个变量x时，python会在所有的命名空间中寻找这个变量，查找的顺序为:

• local namespace - 指的是当前函数或者当前类方法。如果在当前函数中找到了变量，停止搜索
• global namespace - 指的是当前的模块。如果在当前模块中找到了变量，停止搜索
• build-in namespace - 如果在之前两个namespace中都找不到变量x，python会假设x是build-in的函数或者变量。如果x不是内置函数或者变量，python会报错NameError。

对于闭包来说，这里有一点区别，如果在local namespace中找不到变量的话，还会去父函数的local namespace中找变量。

locals

内置函数locals(), 返回当前函数（方法）的局部命名空间

def func(a = 1):
    b = 2
    print(locals())
    return a+b
func()
# {'a': 1, 'b': 2} 可以看出，locals返回的是个dict

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globals

内置函数globals()，返回当前module的命名空间

def func(a = 1):
    b = 2
    return a+b
func()
print(globals()) # globals()返回的也是个dict

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locals()和globals()有一个区别是，locals只读，globals可以写

def func(a = 1):
    b = 2
    return a+b
func()
glos = globals()
glos['new_variable'] = 3
print(new_variable)
# 3  , 我们并没有显示定义new_variable这个变量，只是在globals中添加了这个key，在随后的代码中，
#就可以像访问一般变量一样来访问。

def func(a = 1):
    b = 2
    locs = locals()
    locs['c']  = 1
    print(c)
func()
# NameError: name 'c' is not defined

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from module import 和 import module

• 使用import module时，module本身被引入，但是保存它原有的命名空间，所以我们需要使用module.name这种方式访问它的 函数和变量。
• from module import这种方式，是将其它模块的函数或者变量引到当前的命名空间中，所以就不需要使用module.name这种方式访问其它的模块的方法了。

if __name__ trick

python中的module也是对象，所有的modules都有一个内置的属性__name__，模块的__name__属性的值取决于如何使用这个模块，如果import module，那么__name__属性的值是模块的名字。如果直接执行这个模块的话，那么__name__属性的值就是默认值__main__。

module的一些内置属性

• __name__: 上面已经介绍过
• __file__ : 当前module的绝对路径
• __dict__：
• __doc__ ：
• __package__:
• __path__:

1、典型案例

先从几个典型的案例来看下名称空间及作用域对python代码运行的影响，请看下面几个代码实例及其执行结果，是否符合你的预期。

代码1：块作用域

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if True:     i = 1 print i

执行结果： 1

 

代码2：函数作用域

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def f():     i = 1   f() print i

执行结果：执行报错“NameError: name 'cc' is not defined”

代码3：静态作用域

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i = 1 def test():     i += 1   test()

执行结果：执行报错“UnboundLocalError: local variable 'i' referenced before assignment”

 

代码4：静态作用域

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i = 1 def g():     print i       def f():     i = 2     g() f()

执行结果： 1

 

代码5：闭包、全局作用域

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i = 1 def f():     i = 2     def g():         print i     return g     func = f() func() print i

执行结果：2    1 

PS:python2.1之前执行该代码会报错，闭包(嵌套作用域)是在之后引入的概念，内部函数g()只能访问本函数中的命名空间、全局命名空间、内建命名空间，无法访问外部调用函数的命名空间。

2、命名空间

【定义】

    名称到对象的映射。命名空间是一个字典的实现，键为变量名，值是变量对应的值。各个命名空间是独立没有关系的，一个命名空间中不能有重名，但是不同的命名空间可以重名而没有任何影响。

 

【分类】

    python程序执行期间会有2个或3个活动的命名空间（函数调用时有3个，函数调用结束后2个）。按照变量定义的位置，可以划分为以下3类：

    Local，局部命名空间，每个函数所拥有的命名空间，记录了函数中定义的所有变量，包括函数的入参、内部定义的局部变量。

    Global，全局命名空间，每个模块加载执行时创建的，记录了模块中定义的变量，包括模块中定义的函数、类、其他导入的模块、模块级的变量与常量。

    Built-in，python自带的内建命名空间，任何模块均可以访问，放着内置的函数和异常。

【生命周期】

    Local（局部命名空间）在函数被调用时才被创建，但函数返回结果或抛出异常时被删除。（每一个递归函数都拥有自己的命名空间）。

    Global（全局命名空间）在模块被加载时创建，通常一直保留直到python解释器退出。

    Built-in（内建命名空间）在python解释器启动时创建，一直保留直到解释器退出。

   

    各命名空间创建顺序：python解释器启动 ->创建内建命名空间 -> 加载模块 -> 创建全局命名空间 ->函数被调用 ->创建局部命名空间

    各命名空间销毁顺序：函数调用结束 -> 销毁函数对应的局部命名空间 -> python虚拟机（解释器）退出 ->销毁全局命名空间 ->销毁内建命名空间

    python解释器加载阶段会创建出内建命名空间、模块的全局命名空间，局部命名空间是在运行阶段函数被调用时动态创建出来的，函数调用结束动态的销毁的。

 

3、作用域

【定义】

    作用域是针对变量而言，指申明的变量在程序里的可应用范围。或者称为变量的可见性。

【分类】

    只有函数、类、模块会产生作用域，代码块不会产生作用域（参考代码1）。作用域按照变量的定义位置可以划分为4类：

    Local(函数内部)局部作用域

    Enclosing（嵌套函数的外层函数内部）嵌套作用域（闭包）

    Global（模块全局）全局作用域

    Built-in（内建）内建作用域

【规则】

    1、静态作用域规则

         定义：python中变量的作用域是由它在源代码中的位置决定的。（名字查找是动态发生的）

         说明：参考代码3/4，以代码3为例说明，在模块中定义了一个全局变量 i = 1，在test方法中执行 i += 1，对变量 i进行了赋值动作，该赋值动作决定了i在test()方法中是一个局部变量， i += 1可以拆分为两步执行，首先执行 i + 1, 然后将结果赋值给i。执行i + 1操作时，i虽然申明为局部变量，但是没有绑定任何具体值，因此报错。

    2、最内嵌套作用域规则

         定义：由一个赋值语句引进的名字在这个赋值语句所在的作用域里是可见（起作用）的，而且在其内部嵌套的每个作用域内也可见，除非它被嵌套于内部的且引进同样名字的赋值语句所遮蔽。

         说明：参考代码5. 方法g()是方法f()中定义的内嵌函数。在方法f()中定义的局部变量 i =2，在内嵌方法 g()中是可见的。如果在g()中又定义一个重名的变量 i = 3，则f()中定义的变量将被遮蔽。

4、命名空间与作用域的关系

    命名空间定义了在某个作用域内变量名和绑定值之间的对应关系，命名空间是键值对的集合，变量名与值是一一对应关系。作用域定义了命名空间中的变量能够在多大范围内起作用。

    命名空间在python解释器中是以字典的形式存在的，是以一种可以看得见摸得着的实体存在的。作用域是python解释器定义的一种规则，该规则确定了运行时变量查找的顺序，是一种形而上的虚的规定。

【变量查找法则】

    python解释器动态执行过程中，对遇到的变量进行解释时，是按照一条固定的作用域链查找解释的，又称为LEGB法则。

    其中L代表Local 局部作用域，E代表Enclosing 嵌套作用域，G代表Global 全局作用域，B代表Built-in 内建作用域。

    python解释器查找变量时，会按照顺序依次查找局部作用域，嵌套作用域，全局作用域，内建作用域，在任意一个作用域中找到变量则停止查找，所有作用域查找完成没有找到对应的变量，则抛出 NameError: name 'xxxx' is not defined的异常。

    在局部作用域中，可以看到局部作用域、嵌套作用域、全局作用域、内建作用域中所有定义的变量。

    在全局作用域中，可以看到全局作用域、内建作用域中的所有定义的变量，无法看到局部作用域中的变量。