python函数之作用域（python3.5）

1 基本概念

1.1 命名空间 (namespace)

命名空间是变量名到对象的映射（name -> obj）。目前大多数的命名空间以类似于python字典的形式实现，实现形式在未来可能发生变化。命名空间举例：内置变量（内置函数abs, 内置的异常等），模块中的全局变量，函数调用时的局部变量。在某种意义上讲，对象的属性也形成一个命名空间。重要的是，不同的命名空间中的变量没有任何关联，两个不同的命名空间中可以包含相同的变量名。

命名空间有不同的创建时间和生命周期：

内置变量命名空间在python解释器启动时创建，并且在解释器运行期间永远不会被删除；
一个模块的命名空间在模块被导入时创建，并且到解释器退出会一直存在；
函数的本地(局部)命名空间在函数调用时创建，函数退出时删除；
解释器顶层执行的语句都是 __main__ 模块的组成部分，它们有自己的命名空间。

注：内置变量实际上同样是以模块的形式存在，模块名为 builtins 。

1.2 作用域 (scope)

作用域是Python程序中可以直接访问一个命名空间内变量的文本区域，在这里可直接访问表示不受任何限制，即命名空间内的变量在该文本区域内可见、可引用。对于函数而言，作用域和命名空间可以认为是等价的，特定的作用域对应特定的命名空间，它们可以直接对等。

本地(局部)作用域：函数或者类的内部，对应函数调用时的函数的命名空间。
全局作用域：整个程序的运行环境，对应‘__main__’模块的命名空间。

全局作用域中无法直接访问本地作用域中定义的变量：

def func1():
    name = 1

print(func1)    # <function func1 at 0x101a03d08>
print(name)
# Traceback (most recent call last):
#   File "<stdin>", line 1, in <module>
# NameError: name 'name' is not defined

本地作用域中的变量定义：

在python中，变量赋值即定义。在局部作用域内被赋值的变量，除非由 global 或者 nonlocal 声明，否则全部为局部变量，函数调用时存在于函数命名空间。
global var : 声明变量 var 为全局变量，它所有的引用和赋值都在模块的命名空间进行，作用域为全局作用域
nonlocal var : 将外层函数命名空间中的变量 var 绑定到本地作用域，使其在本地作用域可重新赋值。如果变量没有被声明为 nonlocal，这些变量在本地作用域仅可读，尝试给变量赋值则会在本地命名空间创建一个同名变量。

nonlocal声明的变量在上层函数中必须存在，否则报错:

1 test = 'global variable'
2 
3 def scope_test():
4     def inner():
5         nonlocal test
6         print(test)
7 
8 scope_test()    # SyntaxError: no binding for nonlocal 'test' found

2 示例

2.1 本地作用域中变量的搜索遵守LEGB规则

L-Local(function)：函数内，其中的变量称为本地变量；
E-Enclosing function locals：外层函数中的变量(例如closure)，包含被声明为non-local的变量
G-Global(module)：函数定义所在模块，其中的变量称为全局变量
B-Builtin(Python)：Python内置模块

 1 def scope_test():
 2     def do_local():
 3         spam = "local spam"
 4 
 5     def do_nonlocal(): 
 6         nonlocal spam　　# 递归向上寻找上层函数命名空间中的spam变量
 7         spam = "nonlocal spam"
 8 
 9     def do_global():
10         global spam    # 在全局变量中寻找spam变量，没有则创建
11         spam = "global spam"
12 
13     spam = "test spam"
14     do_local()
15     print("After local assignment:", spam)  # 输出本地变量 spam
16     do_nonlocal()
17     print("After nonlocal assignment:", spam)
18     do_global()
19     print("After global assignment:", spam)
20 
21 scope_test()
22 print("In global scope:", spam)

结果

1 After local assignment: test spam
2 After nonlocal assignment: nonlocal spam
3 After global assignment: nonlocal spam
4 In global scope: global spam

2.2 闭包

闭包：在嵌套函数中，如果内层函数引用了外层函数的变量，就形成了一个闭包。

自由变量：被引用的外层函数变量，称为内层函数的自由变量。

def fn():
    a = 1
    def closure():
        nonlocal a
        a += 1
        print(a)
    return closure

inner = fn()  
print(inner.__closure__)    # (<cell at 0x10240b408: int object at 0x100277bc0>,)
inner()  # 2
inner()  # 3

外层函数执行完，其命名空间删除。但是因为 a 是内层函数的自由变量，所以变量 a 被保留，可以看作是 closure 函数对象的一个附加属性。

3 静态检测

3.1 本地变量

python是在编译def语句时静态检测其本地变量的。

a = 1
def local_test():
    a += 1
    print(a)
local_test()    # UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

print(b)    # NameError: name 'b' is not defined

在编译local_test函数时，python就确定了变量 a 为函数的本地变量。所以在执行 a += 1 是会直接在本地命名空间寻找变量a。

3.2 命名空间搜索链

name = "lzl"
 
def f1():
    print(name)
 
def f2():
    name = "eric"
    f1()
 
f2() # lzl

一个函数的变量搜索路径是在它定义的时候决定的，不受它调用位置的影响。

f1定义在全局作用域中，其变量的搜索路径为：本地作用域 --> 所在模块的全局作用域。所以最后的输出结果为‘lzl’。

4 匿名函数

Python借助lambda关键字定义匿名函数，格式如下：

　　lambda 参数列表: 表达式

lambda x: x + 1

# 函数功能等同于下面的函数
def _(x):
    return x + 1

示例

下面一段代码的输出结果是什么：

 1 li = [lambda :x for x in range(10)]
 2 print(li[0]())

其等价形式：

1 def fn():
2     return x 
3 
4 li = []
5 for x in range(10):
6     li.append(fn)
7 li[0]()  # fn() -> 9，根据变量搜索规则，x在函数中没有定义，在全局变量中查找

参考：

[1] http://www.cnblogs.com/livingintruth/p/3296010.html

[2] file:///Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.5/Resources/English.lproj/Documentation/tutorial/classes.html#id2

[3] http://python.jobbole.com/86465/