详解python命名空间和作用域

1、典型案例

先从几个典型的案例来看下名称空间及作用域对python代码运行的影响，请看下面几个代码实例及其执行结果，是否符合你的预期。

代码1：块作用域

if True:

    i = 1

print i

执行结果： 1

代码2：函数作用域

def f():

    i = 1

f()

print i

执行结果：执行报错“NameError: name 'cc' is not defined”

代码3：静态作用域

i = 1

def test():

    i += 1

test()

执行结果：执行报错“UnboundLocalError: local variable 'i' referenced before assignment”

代码4：静态作用域

i = 1

def g():

    print i

def f():

    i = 2

    g()

f()

执行结果： 1

代码5：闭包、全局作用域

i = 1

def f():

    i = 2

    def g():

        print i

    return g

func = f()

func()

print i

执行结果：2 1

PS:python2.1之前执行该代码会报错，闭包(嵌套作用域)是在之后引入的概念，内部函数g()只能访问本函数中的命名空间、全局命名空间、内建命名空间，无法访问外部调用函数的命名空间。

2、命名空间

【定义】

名称到对象的映射。命名空间是一个字典的实现，键为变量名，值是变量对应的值。各个命名空间是独立没有关系的，一个命名空间中不能有重名，但是不同的命名空间可以重名而没有任何影响。

【分类】

python程序执行期间会有2个或3个活动的命名空间（函数调用时有3个，函数调用结束后2个）。按照变量定义的位置，可以划分为以下3类：

Local，局部命名空间，每个函数所拥有的命名空间，记录了函数中定义的所有变量，包括函数的入参、内部定义的局部变量。

Global，全局命名空间，每个模块加载执行时创建的，记录了模块中定义的变量，包括模块中定义的函数、类、其他导入的模块、模块级的变量与常量。

Built-in，python自带的内建命名空间，任何模块均可以访问，放着内置的函数和异常。

【生命周期】

Local（局部命名空间）在函数被调用时才被创建，但函数返回结果或抛出异常时被删除。（每一个递归函数都拥有自己的命名空间）。

Global（全局命名空间）在模块被加载时创建，通常一直保留直到python解释器退出。

Built-in（内建命名空间）在python解释器启动时创建，一直保留直到解释器退出。

各命名空间创建顺序：python解释器启动 ->创建内建命名空间 -> 加载模块 -> 创建全局命名空间 ->函数被调用 ->创建局部命名空间

各命名空间销毁顺序：函数调用结束 -> 销毁函数对应的局部命名空间 -> python虚拟机（解释器）退出 ->销毁全局命名空间 ->销毁内建命名空间

python解释器加载阶段会创建出内建命名空间、模块的全局命名空间，局部命名空间是在运行阶段函数被调用时动态创建出来的，函数调用结束动态的销毁的。

3、作用域

【定义】

作用域是针对变量而言，指申明的变量在程序里的可应用范围。或者称为变量的可见性。

【分类】

只有函数、类、模块会产生作用域，代码块不会产生作用域（参考代码1）。作用域按照变量的定义位置可以划分为4类：

Local(函数内部)局部作用域

Enclosing（嵌套函数的外层函数内部）嵌套作用域（闭包）

Global（模块全局）全局作用域

Built-in（内建）内建作用域

【规则】

1、静态作用域规则

定义：python中变量的作用域是由它在源代码中的位置决定的。（名字查找是动态发生的）

说明：参考代码3/4，以代码3为例说明，在模块中定义了一个全局变量 i = 1，在test方法中执行 i += 1，对变量 i进行了赋值动作，该赋值动作决定了i在test()方法中是一个局部变量， i += 1可以拆分为两步执行，首先执行 i + 1, 然后将结果赋值给i。执行i + 1操作时，i虽然申明为局部变量，但是没有绑定任何具体值，因此报错。

2、最内嵌套作用域规则

定义：由一个赋值语句引进的名字在这个赋值语句所在的作用域里是可见（起作用）的，而且在其内部嵌套的每个作用域内也可见，除非它被嵌套于内部的且引进同样名字的赋值语句所遮蔽。

说明：参考代码5. 方法g()是方法f()中定义的内嵌函数。在方法f()中定义的局部变量 i =2，在内嵌方法 g()中是可见的。如果在g()中又定义一个重名的变量 i = 3，则f()中定义的变量将被遮蔽。

4、命名空间与作用域的关系

命名空间定义了在某个作用域内变量名和绑定值之间的对应关系，命名空间是键值对的集合，变量名与值是一一对应关系。作用域定义了命名空间中的变量能够在多大范围内起作用。

命名空间在python解释器中是以字典的形式存在的，是以一种可以看得见摸得着的实体存在的。作用域是python解释器定义的一种规则，该规则确定了运行时变量查找的顺序，是一种形而上的虚的规定。

【变量查找法则】

python解释器动态执行过程中，对遇到的变量进行解释时，是按照一条固定的作用域链查找解释的，又称为LEGB法则。

其中L代表Local 局部作用域，E代表Enclosing 嵌套作用域，G代表Global 全局作用域，B代表Built-in 内建作用域。

python解释器查找变量时，会按照顺序依次查找局部作用域，嵌套作用域，全局作用域，内建作用域，在任意一个作用域中找到变量则停止查找，所有作用域查找完成没有找到对应的变量，则抛出 NameError: name 'xxxx' is not defined的异常。

在局部作用域中，可以看到局部作用域、嵌套作用域、全局作用域、内建作用域中所有定义的变量。

在全局作用域中，可以看到全局作用域、内建作用域中的所有定义的变量，无法看到局部作用域中的变量。

【参考资料】

http://www.cnblogs.com/windlaughing/archive/2013/05/26/3100362.html

http://blog.csdn.net/cc7756789w/article/details/46635383

http://www.cnblogs.com/livingintruth/p/3296010.html

《Python源码剖析》[中][电子工业出版社] 陈儒

《Python核心编程第二版》[美][人民邮电出版社] Wesley J.Chun