Python 函數進階-全局空間和局部空間

来源:https://www.cnblogs.com/msr20666/archive/2022/04/05/16101151.html
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全局空間和局部空間

命名空間

命名空間的概念的提出是為了劃分和控制變數是否可見，以及生存周期的長短；命名空間的作用範圍叫做作用域。

劃分一塊區域保存所有數據，以字典的方式存儲（變數與值形成映射關係）。一共三種。

  1. 內建命名空間：
    • 解釋器啟動時創建，直到解釋器運行結束，生存周期最長；
  2. 全局命名空間：
    • 文件運行時創建，直到解釋器運行結束，生存周期較長；
  3. 局部命名空間：
    • 數調用時，裡面的局部變數才創建，調用結束後即釋放，生存周期較短；

創建和銷毀順序

  • 創建順序：
    • python解釋器啟動->創建內建命名空間->創建全局命名空間->創建局部命名空間
  • 銷毀順序：
    • 函數調用結束後->銷毀函數對應的局部命名空間數據->銷毀全局命名空間數據->銷毀內建命名空間數據

全局變數和局部變數

什麼是全局和局部變數

局部變數就是在函數內部定義的變數，局部變數所在的就是局部命名空間，作用域僅僅在函數內部可見，也就是說只能在函數內部使用。

# 在函數中創建的變數就是局部變數
def func():
   var = '局部變數'

# 局部變數不可以在非對應局部環境中使用
print(var)  # error, 該變數不存在

全局變數就是在函數外部定義的或者使用global在函數內部定義的變數，全局變數所在的命名空間就是全局命名空間，作用域橫跨整個文件，就是說在整個文件中的任何一個地方都可以使用全局變數。

# 在全局環境中創建的變數就是全局變數
var = '全局變數'

def func():
	# 在局部中也可以使用全局變數
	print(var)  # 全局變數

func()

局部變數最好不要和全局變數同名，如果同名，在局部環境中就無法使用全局變數了。

var = '全局變數'

def func():
	# 先使用了全局變數
	print(var)  # error, 找不到該變數

	# 然後局部變數和全局變數同名，那麼新的局部變數就會在局部空間中覆蓋了全局變數的一切影響力，這就叫做局部變數修改了全局變數；
	# 這樣的話導致在局部空間中無法在使用該全局變數，之前在局部空間中使用的該變數就成為了先調用後定義；導致出錯。
	var = '局部變數'
	print(var)

func()

# 但是局部同名變數不會影響到全局變數的值
print(var)  # 全局變數

內置函數就是內建命名空間，指的是那些python中自帶的、內置的函數。

作用域

局部變數作用域：在函數的內部

全局變數作用域：橫跨整個文件

生命周期

內置變數 -> 全局變數 -> 局部變數

內置變數自python程式運行的時候開始，一直等到python程式結束之後才會釋放；

全局變數自創建開始，一直到程式結束或者被清除才會釋放；

局部變數字創建開始，一直到局部空間執行結束或者清除就會釋放；

全局部函數和關鍵字的使用

函數

函數 作用
globals() 存放著全局作用域中的所有內容，以字典的形式返回
locals() 存放著當前作用域中的所有內容，以字典的形式返回
globals()

返回所有的全局作用域中的內容。

如果在全局，調用globals之後，獲取的是列印之前的所有變數，返回字典，全局空間作用域；

# 定義一些全局變數
a, b, c = 1, 2, 3

# 調用globals函數
res = globals()

# 第一次列印，包含a b c
print(res)
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''


# 再定義一些變數
d, e, f = 1, 2, 3

# 第二次列印，包含a b c d e f
print(res)
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''

如果在局部，調用globals之後，獲取的是調用之前的所用變數，返回字典，全局空間作用域；

# 定義一些全局變數
a, b, c = 1, 2, 3


# 在局部環境中使用globals函數
def func():
	res = globals()
	print(res)


# 調用函數
func()
'''
結果：不包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001E7C287D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x000001E7C2772F28>}
'''


# 再定義一些全局變數
d, e, f = 4, 5, 6

# 第二次調用函數
func()
'''
結果：包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000021A3F3DD198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x0000021A3F2D2F28>, 'd': 4, 'e': 5, 'f': 6}
'''

globals可以動態創建全局變數

dic = globals()

print(dic)  # 返回系統的字典
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000026F357ED198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}}
'''


# 在全局的字典當中，通過添加鍵值對，自動創建全局變數，對應的鍵是變數名，對應的值是變數指向的值
dic['msr123123123'] = '123456'

print(msr123123123)	# 123456

# 查看全局內容
print(dic)
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000161D944D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}, 'msr123123123': '123456'}
'''
locals()

返回當前所在作用域的所有內容。

如果在全局，調用locals之後，獲取的是列印之前的所有變數，返回字典，全局空間作用域；

# 定義一些全局變數
a, b, c = 1, 2, 3

# 調用locals函數
res = locals()

# 第一次列印，包含a b c
print(res)
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''


# 再定義一些變數
d, e, f = 1, 2, 3

# 第二次列印，包含a b c d e f
print(res)
'''
結果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''

如果在局部，調用locals之後，獲取的是調用之前的所有變數，返回字典，局部空間作用域；

# 定義一些局部變數
def func():
   # 局部變數
   aa, bb, cc = 11, 22, 33

   # 第一遍調用
   res = locals()

   # 第一次列印，包含 aa bb cc
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}

   # 再定義一些局部變數
   dd, ee, ff = 44, 55, 66

   # 第二次列印，不包含 dd ee ff
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}

   # 調用第二遍
   res2 = locals()

   # 列印第一次的調用，包含 dd ee ff
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
   
   # 列印第二次的調用，包含 dd ee ff
   print(res2) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}

# 調用函數，返回在函數中的局部變數
func()

關鍵字

關鍵字 作用
global 聲明全局變數、獲取使用和修改全局變數的許可權
nonlocal 修改局部變數（當前函數的上一層的局部變數）
global

在局部環境中創建的變數是局部變數，在全局環境中是不可以使用的。但是使用global定義的變數就是一個全局變數，這個變數可以全局環境中使用。

def func():
	var = '局部變數'

	global glvar
	glvar = '全局變數'

# 一定要執行局部環境喲
func()

# 全局環境中
print(var)  # error，局部變數不能調用
# 使用global定義的變數是全局變數
print(glvar)    # 全局變數

在局部環境中無法修改全局變數的值，使用global可以在局部環境中修改全局變數。

var = '全局變數'

def func():
	global var
	var = '局部環境中修改'

func()

print(var)  # 局部環境中修改

函數的嵌套

在學習nonlocal之前我們需要先學習一些關於函數嵌套的知識。

內函數和外函數

函數之間是可以互相嵌套的，外層的叫做外函數，內層的叫做內函數。

def outer():
	print('我叫outer，是外函數')

	def inner():
		print('我叫inner，在outer的裡面，是內函數')

	# 在外函數中執行內函數
	inner()


# 執行外函數
outer()

'''
結果：
我叫outer，是外函數
我叫inner，在outer的裡面，是內函數
'''
  1. 內函數不可以直接在外函數外執行調用
  2. 調用外函數後，內函數也不可以在函數外部調用
  3. 內函數只可以在外函數的內部調用
  4. 內函數在外函數內部調用時，有先後順序，必須先定義在調用，因為python沒有預讀機制，這個預讀機制適用於python中的所有場景。
# 外層是outer，內層是inner，最裡層是smaller，調用smaller里的所有代碼
def outer():
	print('我叫outer，是最外層函數，是inner和smaller的外函數')

	def inner():
		print('我叫inner，是outer的內函數，是smaller的外函數')

		def smaller():
			print('我叫smaller，是outer和inner的內函數')

		# 先在inner中執行smaller
		smaller()

	# 然後在outer中執行inner
	inner()

# 最後再執行outer才能執行smaller函數
outer()

'''
結果：
我叫outer，是最外層函數，是inner和smaller的外函數
我叫inner，是outer的內函數，是smaller的外函數
我叫smaller，是outer和inner的內函數
'''

我們在多個函數嵌套的時候要註意，不管外函數還是內函數，都是函數，只要是函數中的變數都是局部變數。

內涵可以使用外函數的局部變數，外函數不能直接使用內函數的局部變數。

LEGB原則

LEGB原則就是一個就近找變數原則，依據就近原則，從下往上，從裡向外，依次尋找。

B————Builtin（Python）：Python內置模塊的命名空間    （內建作用域）
G————Global（module）：函數外部所在的命名空間        （全局作用域）
E————Enclosing Function Locals：外部嵌套函數的作用域（嵌套作用域）
L————Local（Function）：當前函數內的作用域           （局部作用域）

在這裡插入圖片描述

nonlocal

現在我們正式學習nonlocal關鍵字，nonlocal的作用是修改當前局部環境中上一層的局部變數。那麼我們根據這個作用便知道了nonlocal的使用環境至少是一個二級的嵌套環境，且外層的局部環境中必須存在一個局部變數。

def outer():
    # 定義變數
	lvar = 'outer var'

	def inner():
        # 內函數使用nonlocal修改上一層的局部變數
		nonlocal lvar
		lvar = 'inner var'

    # 執行inner函數
	inner()
	print(lvar)

outer() # inner var

假如上一層的局部環境中沒有這個變數怎麼辦，那麼就根據LEGB原則向上尋找。

def outer():
	# 定義變數
	lvar = 'outer var'

	def inner():
		
		def smaller():
			
            # smaller中修改變數，但是inner中沒有，就向上尋找修改outer中的變數
			nonlocal lvar
			lvar = 'smaller var'

		# 執行 smaller函數
		smaller()

	# 執行inner函數
	inner()
	print(lvar)

# 執行outer函數
outer()

如果層層尋找，直到最外層的函數中也沒有這個變數，那麼就會報錯，因為nonlocal只會修改局部變數，如果超出範圍，就會報錯。

var = 1  # 變數在最外層的函數之外，也就是全局變數，nonlocal無法修改

def outer():

   def inner():

      def smaller():

         nonlocal var    # error，沒有局部變數
         var = 2
         print(var)

      smaller()

   inner()

outer()

總結

全局變數和局部變數

局部環境中可以調用全局變數，但是不能修改（但是如果全局變數是可變數據則可以修改其中的值）
全局環境中不能調用局部變數 也不能修改

函數

global()

（在函數內部使用，可以對全局變數進行操作）
1、可以在局部環境中定義全局變數
2、可以在局部環境中修改全局變數

nonlocal()

（在內函數中使用，可以在內函數中修改外函數中的局部變數）

關鍵字

locals

1、locals獲取當前作用域當中所有的變數
如果在全局調用locals之後，獲取的是列印之前的所有變數，返回字典，全局作用域
如果在局部調用loclas之後，獲取的是調用之前的所有變數，返回字典，局部作用域

globals

2、globals只獲取全局空間中的所有變數
如果在全局調用globals之後，獲取的是列印之前的所用變數，返回字典，全局作用域
如果在局部調用globals之後，獲取的是調用之前的所用變數，返回字典，全局作用域


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