解析Python中的變量、引用、拷貝和作用域的問題

在Python中，變量是沒有類型的，這和以往看到的大部分編輯語言都不一樣。在使用變量的時(shí)候，不需要提前聲明，只需要給這個(gè)變量賦值即可。但是，當(dāng)用變量的時(shí)候，必須要給這個(gè)變量賦值；如果只寫一個(gè)變量，而沒有賦值，那么Python認(rèn)為這個(gè)變量沒有定義。如下：    
>>> a
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

    下面我們具體講一下Python中的變量，引用，拷貝和作用域問題。。
    一、可變對(duì)象 & 不可變對(duì)象
    在Python中，對(duì)象分為兩種：可變對(duì)象和不可變對(duì)象，不可變對(duì)象包括int，float，long，str，tuple等，可變對(duì)象包括list，set，dict等。需要注意的是：這里說的不可變指的是值的不可變。對(duì)于不可變類型的變量，如果要更改變量，則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新值，把變量綁定到新值上，而舊值如果沒有被引用就等待垃圾回收。另外，不可變的類型可以計(jì)算hash值，作為字典的key?？勺冾愋蛿?shù)據(jù)對(duì)對(duì)象操作的時(shí)候，不需要再在其他地方申請(qǐng)內(nèi)存，只需要在此對(duì)象后面連續(xù)申請(qǐng)(+/-)即可，也就是它的內(nèi)存地址會(huì)保持不變，但區(qū)域會(huì)變長(zhǎng)或者變短。
    下面是一些例子：
    
>>> a = 'xianglong.me'
>>> id(a)
140443303134352
>>> a = '1saying.com'
>>> id(a)
140443303131776
# 重新賦值之后，變量a的內(nèi)存地址已經(jīng)變了
# 'xianglong.me'是str類型，不可變，所以賦值操作知識(shí)重新創(chuàng)建了str '1saying.com'對(duì)象，然后將變量a指向了它    
>>> a_list = [1, 2, 3]
>>> id(a_list)
140443302951680
>>> a_list.append(4)
>>> id(a_list)
140443302951680
# list重新賦值之后，變量a_list的內(nèi)存地址并未改變
# [1, 2, 3]是可變的，append操作只是改變了其value，變量a_list指向沒有變

二、變量無類型，對(duì)象有類型

三、函數(shù)值傳遞

先看一個(gè)例子：

對(duì)于上面的輸出，不少Python初學(xué)者都比較疑惑：第一個(gè)例子看起來像是傳值，而第二個(gè)例子確實(shí)傳引用。其實(shí)，解釋這個(gè)問題也非常容易，主要是因?yàn)榭勺儗?duì)象和不可變對(duì)象的原因：對(duì)于可變對(duì)象，對(duì)象的操作不會(huì)重建對(duì)象，而對(duì)于不可變對(duì)象，每一次操作就重建新的對(duì)象。

在函數(shù)參數(shù)傳遞的時(shí)候，Python其實(shí)就是把參數(shù)里傳入的變量對(duì)應(yīng)的對(duì)象的引用依次賦值給對(duì)應(yīng)的函數(shù)內(nèi)部變量。參照上面的例子來說明更容易理解，func_int中的局部變量"a"其實(shí)是全部變量"t"所指向?qū)ο蟮牧硪粋€(gè)引用，由于整數(shù)對(duì)象是不可變的，所以當(dāng)func_int對(duì)變量"a"進(jìn)行修改的時(shí)候，實(shí)際上是將局部變量"a"指向到了整數(shù)對(duì)象"1"。所以很明顯，func_list修改的是一個(gè)可變的對(duì)象，局部變量"a"和全局變量"t_list"指向的還是同一個(gè)對(duì)象。

四、淺拷貝 & 深拷貝

    接下來的問題是：如果我們一定要復(fù)制一個(gè)可變對(duì)象的副本怎么辦？簡(jiǎn)單的賦值已經(jīng)證明是不可行的，所以Python提供了copy模塊，專門用于復(fù)制可變對(duì)象。copy中有兩個(gè)方法：copy()和deepcopy()，前一個(gè)是淺拷貝，后一個(gè)是深拷貝。淺拷貝僅僅復(fù)制了第一個(gè)傳給它的對(duì)象，下面的不管了；而深拷貝則將所有能復(fù)制的對(duì)象都復(fù)制了。下面是一個(gè)例子：

五、作用域

在Python程序中創(chuàng)建、改變或查找變量名時(shí)，都是在一個(gè)保存變量名的地方進(jìn)行中，那個(gè)地方我們稱之為命名空間。作用域這個(gè)術(shù)語也稱之為命名空間。具體地說，在代碼中變量名被賦值（Python中變量聲明即賦值，global 聲明的只是變量的使用域）的位置決定了該變量能被訪問的范圍。函數(shù)定義了本地作用域，而模塊定義的是全局作用域。

每一個(gè)模塊都是全局作用域。也就是說，創(chuàng)建于模塊文件頂層的變量具有全局作用域，對(duì)于外部訪問就成了一個(gè)模塊對(duì)象的屬性。全局作用域的作用范圍僅限于單個(gè)文件。“全局”指的是在一個(gè)文件的頂層變量名對(duì)于這個(gè)文件而言是全局的。每次對(duì)函數(shù)的調(diào)用都創(chuàng)建了一個(gè)新的本地作用域。Python中也有遞歸，即可以調(diào)用自身，每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建五個(gè)新的本地命名空間。賦值的變量名除非聲明為全局變量，否則均為本地變量。如果需要在函數(shù)內(nèi)部對(duì)模塊文件頂層的變量名賦值，需要在函數(shù)內(nèi)部通過 global 語句聲明該變量。所有的變量可歸納為本地、全局或者內(nèi)置三種。范圍分別為def內(nèi)部，在一個(gè)模塊的命名空間內(nèi)部和預(yù)定義的 __builtin__ 模塊提供的變量。

變量名引用分為三個(gè)作用域進(jìn)行查找：首先是本地，然后是函數(shù)內(nèi)（如果有的話），之后是全局，最后是內(nèi)置。在默認(rèn)情況下，變量名賦值會(huì)創(chuàng)建或者改變本地變量。全局聲明將會(huì)給映射到模塊文件內(nèi)部的作用域的變量名賦值。Python 的變量名解析機(jī)制也稱為 LEGB 法則，具體如下：

當(dāng)在函數(shù)中使用未確定的變量名時(shí)，Python搜索4個(gè)作用域：本地作用域（L），之后是上一層嵌套結(jié)構(gòu)中 def 或 lambda 的本地作用域（E），之后是全局作用域（G），最后是內(nèi)置作用域（B）。按這個(gè)查找原則，在第一處找到的地方停止。如果沒有找到，Python 會(huì)報(bào)錯(cuò)的。下圖說明了搜索流程（由內(nèi)及外）：

上面說了，Python中的變量是沒有類型的，但Python其實(shí)是區(qū)分類型的：Python的所有變量其實(shí)都是指向內(nèi)存中的對(duì)象的一個(gè)指針，都是值的引用，而其類型是跟著對(duì)象走的。總結(jié)來說：在Python中，類型是屬于對(duì)象的，而不是變量, 變量和對(duì)象是分離的，對(duì)象是內(nèi)存中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的實(shí)體，變量則是指向?qū)ο蟮闹羔槨Ｔ凇禠earning Python》一書中有一個(gè)觀點(diǎn)：變量無類型，對(duì)象有類型，大概也是說的這個(gè)意思。下面是一張說明變量的圖：

    Python像PHP一樣提供了一個(gè)global語法，global定義的本地變量會(huì)變成其對(duì)應(yīng)全局變量的一個(gè)別名，即是同一個(gè)變量。下面的例子可以幫你更好的理解：