Python函數中的作用域規則


Python是靜態作用域語言，儘管它本身就是一個動態語言。也就是說，在Python中變數的作用域是由它在原始碼中的位置決定的，這與C有些相似，但是Python與C在作用域方面的差異還是非常明顯的。


接下來會談論Python的作用域規則，在這中間也會說明Python與C在作用域上的不同。

在Python 2.0及之前的版本中，Python只支援3種作用域，即局部作用域，全域作用域，內建作用域；在Python 2.2中，Python正式引入了一種新的作用域--- 嵌套作用域；在Python 2.1中，嵌套作用域可以作為一個選項被開啟；嵌套作用域的引入，本質上為Python實現了對閉包的支持，關於閉包的知識，網路上有很多解釋，這裡就不詳細展開了。相應地，變數查找順序由先前的LGB變成LEGB（L：Local，E：Enclosing，G：Global，B：Built-in）。


在Python中，並不是任何程式碼區塊都能引入新的作用域，這與C有很大的不同：


#include<stdio.h>int main() {    if(2 > 0) {        int i = 0;
    }
    printf("i = %d", i);    return 0;
}

在這段程式碼中，if子句引入了一個局部作用域，變數i就存在於這個局部作用域中，但對外不可見，因此，接下來在printf函數中對變數i的引用會引發編譯錯誤。

但是，在Python中卻並非如此：

if True:
    i = 0print i

#在這段程式碼中，if子句並沒有引入一個局部作用域，變數i仍然處在全域作用域中，因此，變數i對於接下來的print語句是可見的。

實際上，在Python中，只有模組，類別以及函數才會引入新的作用域，其它的程式碼區塊是不會引入新的作用域的。

在Python中，使用一個變數之前不必預先聲明它，但是在真正使用它之前，它必須已經綁定到某個物件；而名字綁定將在當前作用域中引入新的變量，同時屏蔽外層作用域中的同名變量，不論這個名字綁定發生在目前作用域中的哪個位置。 

def f():    print i
f()


運行結果會顯示：NameError: global name 'i' is not defined。 Python先在函數f的本地作用域中尋找變數i，尋找失敗，接著在全域作用域和內建作用域中尋找變數i，仍然失敗，最後拋出NameError異常。 

i = 0def f():
    i = 8    print i
f()print i


運行結果顯示：8和0。 i = 8是名字綁定運算，它在函數f的局部作用域中引入了新的變數i，屏蔽了全域變數i，因此f內部的print語句看到的是局部變數i，f外部的print語句看到的是全域變數i。 

i = 0def f():    print i
    i = 0
f()


運行結果顯示：UnboundLocalError: local variable 'i' referenced before assignment。在這個例子當中，函數f中的變量i是局部變量，但是在print語句使用它的時候，它還未被綁定到任何物件之上，所以拋出異常。 

print i
i = 0


不論是以互動的方式運行，還是以腳本檔案的方式運行，結果都顯示：NameError: name 'i' is not defined。這裡的輸出結果又與上一個例子不同，這是因為它在頂級作用域（模組作用域）的緣故。對於模組程式碼而言，程式碼在執行之前，沒有經過任何預處理，但是對於函數體而言，程式碼在運行之前已經經過了一個預處理，因此不論名字綁定發生在作用域的那個位置，它都能感知出來。 Python雖然是靜態作用域語言，但是名字查找確實動態發生的，因此直到運行的時候，才會發現名字方面的問題。


在Python中，名字綁定在所屬作用域中引入新的變量，同時綁定到一個物件。名字綁定發生在以下幾種情況之下：


  1. #參數宣告：參數宣告在函數的局部作用域中引入新的變數；
  2. 賦值運算：對變數進行初次賦值會在目前作用域中引入新的變量，後續賦值運算則會重新綁定該變數；
  3. 類別和函數定義：類別和函數定義將類別名稱和函數名稱作為變數引入目前作用域，類別體和函數體將形成另外一個作用域；
  4. #import語句：import語句在目前作用域中引入新的變量，一般是在全域作用域；
  5. for語句：for語句在目前作用域中引入新的變數（循環變數）；
  6. except語句：except語句在目前作用域中引入新的變數（例外物件）。


在Python中，類別定義所引入的作用域對於成員函數是不可見的，這與C 或Java是很不同的，因此在Python中，成員函數想要引用類別體定義的變量，必須透過self或類別名稱來引用它。


巢狀作用域的加入，會導致一些程式碼編譯不過或得到不同的運行結果，在這裡Python解釋器會幫助你識別這些可能會引起問題的地方，給予警告。


locals函數傳回所有的局部變量，但不會傳回巢狀作用域中的變量，實際上沒有函數會傳回巢狀作用域中的變數。


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