從局部變量和全局變量開始全面解析Python中變量的作用域

理解全局變量和局部變量
1.定義的函數(shù)內(nèi)部的變量名如果是第一次出現(xiàn)， 且在=符號前，那么就可以認為是被定義為局部變量。在這種情況下，不論全局變量中是否用到該變量名，函數(shù)中使用的都是局部變量。例如：    
num = 100
def func():
  num = 123
  print num
func()

輸出結(jié)果是123。說明函數(shù)中定義的變量名num是一個局部變量，覆蓋全局變量。再例如：    
num = 100
def func():
  num += 100
  print num
func()

輸出結(jié)果是：UnboundLocalError: local variable 'num' referenced before assignment。提示錯誤：局部變量num在賦值前被應用。也就是說該變量沒有定義就被錯誤使用。由此再次證明這里定義的是一個局部變量，而不是全局變量。

2.函數(shù)內(nèi)部的變量名如果是第一次出現(xiàn)，且出現(xiàn)在=符號后面，且在之前已被定義為全局變量，則這里將引用全局變量。例如：    
num = 100
def func():
  x = num + 100
  print x
func()

輸出結(jié)果是200。如果變量名num在之前沒有被定義為全局變量，則會出現(xiàn)錯誤提示：變量沒有定義。例如：    
def func():
  x = num + 100
  print x
func()

輸出結(jié)果是：NameError: global name 'num' is not defined。

3.函數(shù)中使用某個變量時，如果該變量名既有全局變量也有局部變量，則默認使用局部變量。例如：    
num = 100
def func():
  num = 200
  x = num + 100
  prinx x
func()

輸出結(jié)果是300。

4.在函數(shù)中將某個變量定義為全局變量時需要使用關鍵字global。例如：    
num = 100
def func():
  global num
  num = 200
  print num
func()
print num

輸出結(jié)果分別是200和200。這說明函數(shù)中的變量名num被定義為全局變量，并被賦值為200。再例如：    
num = 100
def func():
  global num
  num = 200
  num += 100
  print num
func()
print num

輸出結(jié)果分別是300和300。

結(jié)合上文對全局變量和局部變量的應用場景的整理結(jié)果，我嘗試對input fields中的教學代碼的前半部分做一些分析（中文部分的注釋）：    
# calculator with all buttons
 
import simplegui
 
# intialize globals
store = 0
operand = 0

這里調(diào)用了simplegui模塊，可以在http://www.codeskulptor.org/操作無誤。但是該模塊無法直接在python環(huán)境中使用，需要先安裝SimpleGUICS2Pygame包。    
# event handlers for calculator with a store and operand
 
def output():
"""prints contents of store and operand"""
  print "Store = ", store
  print "Operand = ", operand
  print ""

在定義的函數(shù)output()中直接使用了全局變量store和operand。可以參考第2點。    
def swap():
""" swap contents of store and operand"""
  global store, operand
  store, operand = operand, store
  output()

在定義的函數(shù)swap()中首先對store和operand做了全局變量的定義。如果不這樣操作，那么就會出現(xiàn)沒有賦值就被使用的錯誤提示。可以參考第1點。同時是不是可以這樣理解：函數(shù)swap()中，在沒有關鍵字global的情況下，store和operand是默認局部變量，而=右邊的部分在沒有賦值的情況被使用是錯誤的?？梢詤⒖嫉?點。    
def add():
""" add operand to store"""
 
  global store
  store = store + operand
  output()

在這里我碰到了兩周課程學習以來的第一個難題：那就是為什么add()函數(shù)中只定義了store為全局變量，而沒有相同地去定義operand。現(xiàn)在結(jié)合第1點來看，是因為store作為局部變量沒有事先賦值，不能直接使用，而operand是可以直接調(diào)用之前定義的全局變量來使用的。

變量作用域
變量作用域（scope）在Python中是一個容易掉坑的地方。
Python的作用域一共有4中，分別是：

L （Local） 局部作用域
E （Enclosing） 閉包函數(shù)外的函數(shù)中
G （Global） 全局作用域
B （Built-in） 內(nèi)建作用域
以 L --> E --> G -->B 的規(guī)則查找，即：在局部找不到，便會去局部外的局部找（例如閉包），再找不到就會去全局找，再者去內(nèi)建中找。

Python除了def/class/lambda 外，其他如: if/elif/else/  try/except  for/while并不能改變其作用域。定義在他們之內(nèi)的變量，外部還是可以訪問。    
>>> if True:
...   a = 'I am A'
...
>>> a
'I am A'

定義在if語言中的變量a，外部還是可以訪問的。
但是需要注意如果if被 def/class/lambda 包裹，在內(nèi)部賦值，就變成了此 函數(shù)/類/lambda 的局部作用域。
在 def/class/lambda內(nèi)進行賦值，就變成了其局部的作用域，局部作用域會覆蓋全局作用域，但不會影響全局作用域。    
g = 1 #全局的
def fun():
  g = 2 #局部的
  return g
 
print fun()
# 結(jié)果為2
print g
# 結(jié)果為1

但是要注意，有時候想在函數(shù)內(nèi)部引用全局的變量，疏忽了就會出現(xiàn)錯誤，比如：
#file1.py
var = 1
def fun():
  print var
  var = 200
print fun()
 
#file2.py
var = 1
def fun():
  var = var + 1
  return var
print fun()

這兩個函數(shù)都會報錯UnboundLocalError: local variable 'var' referenced before assignment
在未被賦值之前引用的錯誤！為什么？因為在函數(shù)的內(nèi)部，解釋器探測到var被重新賦值了，所以var成為了局部變量，但是在沒有被賦值之前就想使用var，便會出現(xiàn)這個錯誤。解決的方法是在函數(shù)內(nèi)部添加 globals var 但運行函數(shù)后全局的var也會被修改。

閉包Closure
閉包的定義：如果在一個內(nèi)部函數(shù)里，對在外部函數(shù)內(nèi)（但不是在全局作用域）的變量進行引用，那么內(nèi)部函數(shù)就被認為是閉包(closure)

函數(shù)嵌套/閉包中的作用域：    
a = 1
def external():
  global a
  a = 200
  print a
 
  b = 100
  def internal():
    # nonlocal b
    print b
    b = 200
    return b
 
  internal()
  print b
 
print external()

一樣會報錯- 引用在賦值之前，Python3有個關鍵字nonlocal可以解決這個問題，但在Python2中還是不要嘗試修改閉包中的變量。 關于閉包中還有一個坑：    
from functools import wraps
 
def wrapper(log):
  def external(F):
    @wraps(F)
    def internal(**kw):
      if False:
        log = 'modified'
      print log
    return internal
  return external
 
@wrapper('first')
def abc():
  pass
 
print abc()

也會出現(xiàn) 引用在賦值之前 的錯誤，原因是解釋器探測到了 if False 中的重新賦值，所以不會去閉包的外部函數(shù)（Enclosing）中找變量，但 if Flase 不成立沒有執(zhí)行，所以便會出現(xiàn)此錯誤。除非你還需要else: log='var' 或者 if True 但這樣添加邏輯語句就沒了意義，所以盡量不要修改閉包中的變量。

好像用常規(guī)的方法無法讓閉包實現(xiàn)計數(shù)器的功能，因為在內(nèi)部進行 count +=1 便會出現(xiàn) 引用在賦值之前 的錯誤，解決辦法：（或Py3環(huán)境下的 nonlocal 關鍵字）    
def counter(start):
    count =[start]
    def internal():
      count[0] += 1
      return count[0]
    return internal
 
count = counter(0)
for n in range(10):
  print count()
# 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
 
count = counter(0)
print count()
# 1

由于 list 具有可變性，而字符串是不可變類型。

locals() 和 globals()
globals()
global 和 globals() 是不同的，global 是關鍵字用來聲明一個局部變量為全局變量。globals() 和 locals() 提供了基于字典的訪問全局和局部變量的方式

比如：如果函數(shù)1內(nèi)需要定義一個局部變量，名字另一個函數(shù)2相同，但又要在函數(shù)1內(nèi)引用這個函數(shù)2。
    
def var():
  pass
 
def f2():
  var = 'Just a String'
  f1 = globals()['var']
  print var
  return type(f1)
 
print f2()
# Just a String
# <type 'function'>

locals()
如果你使用過Python的Web框架，那么你一定經(jīng)歷過需要把一個視圖函數(shù)內(nèi)很多的局部變量傳遞給模板引擎，然后作用在HTML上。雖然你可以有一些更聰明的做法，還你是仍想一次傳遞很多變量。先不用了解這些語法是怎么來的，用做什么，只需要大致了解locals()是什么。
可以看到，locals()把局部變量都給打包一起扔去了。    
@app.route('/')
def view():
  user = User.query.all()
  article = Article.query.all()
  ip = request.environ.get('HTTP_X_REAL_IP',     request.remote_addr)
  s = 'Just a String'
  return render_template('index.html', user=user,
      article = article, ip=ip, s=s)
  #或者 return render_template('index.html', **locals())