python 变量的作用域与闭包

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mb5ff592e69e4d8 2021-08-22 22:40:00

从例子讲起

　　看看和自己预测的结果是否一致，知晓对作用域的了解度

e.g.2:

 1 b = 6
 2 def f2(a):
 3     print(a)
 4     print(b)
 5     b = 9
 6 
 7 f2(3)
 8 
 9 """
10 输出：
11 3
12 ........
13 ........    print(b)
14 UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment
15 """

e.g.3:

a = 1
b = 2

def f1():
    print(a)
    print(b)


def f2():
    a += 1
    b += 1
f1()
f2()

解析e.g.1:

　　Python 编译函数的定义体时，它判断 b 是局部变量，因为在函数中给它赋值了（第5行：b =9）。

　生成的字节码证实了这种判断，Python 会尝试从本地环境获取 b。(稍后解释)

　后面调用 f2(3) 时， f2 的定义体会获取并打印局部变量 a 的值，但是尝试获取局部变量 b 的值时，发现 b 没有绑定值。（在函数体中给b=9进行了赋值操作，在复制操作前尝试打印b）

延伸：

　这不是缺陷，而是设计选择：Python 不要求声明变量，但是假定在函数定义体中赋值的变量是局部变量。这比 JavaScript 的行为好多了，avaScript 也不要求声明变量，

但是如果忘记把变量声明为局变量（使用 var），可能会在不知情的情况下获取全局变量。

　　字节码验证：

　　f1函数的字节码(运行字节码的 CPython VM 是栈机器，因此 LOAD 和 POP 操作引用的是栈):

　　　　dis 模块为反汇编 Python 函数字节码提供了简单的方式

e.g.1:　　

def f1(a):
    print(a)
    print(b)
f1(3)#NameError: name 'b' is not defined    3

此处的结果显而易见，b没有定义

from dis import dis


def f1(a):
    print(a)
    print(b)

dis(f1)

  8           0 LOAD_GLOBAL              0 (print)           @1
              2 LOAD_FAST                0 (a)               @2
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 POP_TOP

  9           8 LOAD_GLOBAL              0 (print)
             10 LOAD_GLOBAL              1 (b)               @3
             12 CALL_FUNCTION            1
             14 POP_TOP
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             18 RETURN_VALUE

@1 加载全局名称 print。
@2加载本地名称 a。
@3加载全局名称 b。

　　f2函数的字节码

  8           0 LOAD_GLOBAL              0 (print)
              2 LOAD_FAST                0 (a)
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 POP_TOP

  9           8 LOAD_GLOBAL              0 (print)
             10 LOAD_FAST                1 (b)               @b
             12 CALL_FUNCTION            1
             14 POP_TOP

 10          16 LOAD_CONST               1 (9)
             18 STORE_FAST               1 (b)             
             20 LOAD_CONST               0 (None)
             22 RETURN_VALUE

@b加载本地名称b

这表明，编译器把 b 视作局部变量，即使在后面才为 b 赋值，因为变量的种类（是不是局部变量）不能改变函数的定义体。

为什么在例子e.g.3中f1中可以输出a,b；但是在f2中却不能输出a,b :

　　因为f1中函数体中的a,b是自由变量(free variable):因为在函数体中没有对其赋值操作（ a += 1; a = a+1），只是调用了a，b的值。

　 而f2中的值对a,b进行了赋值操作，隐式的创建了局部变量a,b，此时创建的局部变量并没有事先被定义：声明全局变量关键字global

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　声明自由变量关键字：nonlocal(在嵌套函数中使用)

Python中的LENGB规则：

　　L(local):函数内的变量

　　E(engclosing function locals):嵌套作用域

　　N(nonlocal) :只作用于嵌套作用域，而且只是作用在函数里面(一般用于闭包)

　　G(Global):函数定义所在模块的变量

　　B(Builtin):Python内建函数的名字空间

　　　　在Python程序中声明、改变、查找变量名时，都是在一个保存变量名的命名空间中进行中，此命名空间亦称为变量的作用域。

　　　　python的作用域是静态的，在代码中变量名被赋值的位置决定了该变量能被访问的范围。

　　　　即Python变量的作用域由变量所在源代码中的位置决定.变量作用域之LENGB

　　　　python引用变量的顺序： 当前作用域局部变量->外层作用域变量->当前模块中的全局变量->python内置变量.
　　　　

　　　　声明全局变量时：先用global关键字声明这个变量，然后再给这个变量赋值不可直接写成 global variable = 1;

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　而应 global x; variable =1

e.g.3.modify:

a = 1
b = 2

def f1():
    print(a)
    print(b)


def f2():
    global a, b
    a += 1
    b += 1
    print(a, b)
f1()
f2()
"""
1
2
2 3
"""

e.g.2.modify:

b = 6
def f2(a):
    global b
    print(a, end=' ')
    print(b, end=' ')
    b = 9
f2(3)
print(b, end=' ')
b = 30
f2(3)
print(b, end=' ')
#3 6 9 3 30 9

nonlocal

用法：这个一般是用在闭包函数里. 但是一定要认识到, nonlocal声明的变量在上级局部作用域内，而不是全局定义, 如果在它声明的变量在上级局部中不存在，则会报错. 实例如下：

e.g.4：

def outer():
    x = 100

    def inner():
        x = 200

    inner()
    print(x)

outer()#100

那如果要求inner中对x的修改是有效的，必须加上关键字nonlocal

e.g.5：

　　nonlocal它的作用是把变量标记为自由变量，即使在函数中为变量赋予新值了，也会变成自由变量。如果为 nonlocal 声明的变量赋予新值，闭包中保存的绑定会更新。(需要理解闭包的概念)

def outer():
    x = 100

    def inner():
        nonlocal x
        x = 200

    inner()
    print(x)

outer()#200

e.g.6：

def outer():
    # x = 100   #注释掉 nonlocal上层局部变量

    def inner():
        nonlocal x
        x = 200

    inner()
    print(x)

outer()#SyntaxError: no binding for nonlocal 'x' found

理解nonlocal上层，局部变量：一下代码仍然会报错

x =100
def outer():
    # x = 100

    def inner():
        nonlocal x
        x = 200

    inner()
    print(x)

outer()#SyntaxError: no binding for nonlocal 'x' found

闭包

　　闭包指延伸了作用域的函数，其中包含函数定义体中引用、但是不在定义体中定义的非全局变量

　　关键是它能访问定义体之外定义的非全局变量。

看下面的例子：

　　计算移动平均值的类：

class Averager():
    def __init__(self):
        self.series = []
    def __call__(self, new_value):
        self.series.append(new_value)
        total = sum(self.series)
        return total/len(self.series)
if __name__ == '__main__':
    avg = Averager()
    print(avg(10))#10.0
    print(avg(11))#10.5
    print(avg(12))#11.0

　　以上是类的实现，

下面来看一下高阶函数的实现：

def make_averager():
    series = []
    def averager(new_value):
        series.append(new_value)
        total = sum(series)
        return total/len(series)
    return averager

if __name__ == '__main__':
    avg = make_averager()
    print(avg(10))#10.0
    print(avg(11))#10.5
    print(avg(12))#11.0