python命名空间

在"python之禅"那几句话中有一句:namespace is a good thing.
python对于命名空间的处理非常简单,下面的内容不一定真实,完全是我根据现象推测出来的.

一.上来直接调用全局变量

x=[1]
def haha():
   #x=[2]
   x.append('baga')

haha()
print(x)

如果没有注释那句话,输出为[1];如果注释了那句话,输出为[1,'baga'].
这说明python中,有一个命名列表,从内层到外层挨个寻找,直到找到为止.即便整个命名列表中包含很多重复,那也没啥关系,因为默认为最内层的那一个.对于每一层,一个变量名只能对应一个变量,不允许存在多个变量名,即每一层作用域都相当于一个HashMap即class Namespace extends HashMap<String,Object>{},而多层作用域组织起来就是一个栈.Stack<Namespace>namespaceStack.当遇到一个缩进时,向namespaceStack中插入一个Namespace结点,当退回一个缩进时,弹栈一个Namespace结点.
当查找某个变量时,从栈顶向栈底层层搜索各个Namespace,直到找到该变量名为止.

二.进入一个作用域时立即建立Namespace对象且在运行过程中不添加新元素

x = "weidiao"

def haha():
   y=x.upper()
   #x=y

haha()
print(x)

如果注释x=y,代码正常运行;如果不注释这句话,上述代码会报错UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment,说x.upper()中的x无法解析.
这说明当python进入一个作用域时,会首先扫描一遍这个作用域,把变量名映射建立起来,但是它们的值都是未绑定状态.

三.告诉python我用的是全局变量

x = "weidiao"

def haha():
   #global x
   x='haha'

haha()
print(x)

如果注释global x,那么haha()函数中定义的x='haha'就会插入到haha的Namespace中去.如果不注释global语句,那么global x相当于告诉编译器,在本作用域内不插入x,这样一来编译器即便扫描到x=也不会将x插入到Namespace中去.因为本作用域内没有x,所以遇到x=这样的赋值语句时,执行的操作就相当于直接对外层变量进行操作.
如果在函数中先定义x=,然后又把global x就会报错,因为在执行global语句时发现没法执行.

四.global是一种指令,一种行为.它影响的是整个函数的Namespace,而不是内层的Namespace

x = "weidiao"

def haha():
   for i in range(3):
      global x
      print(x.upper())
   x='haha'

haha()
print(x)

程序输出为haha
我是在for循环作用域内声明global的,但是这个global却影响了整个函数.这表明global总是作用于函数的Namespace,于是可见Namespace也是分成很多类别的.

五.Namespace的分类

函数的Namespace,称为function类型的namespace
for,if,while的Namespace,统一为block类型的namespace
类的Namespace,称为class类型的namespace

在java中,function的namespace不能跟block的namespace有同名元素(编译报错),function namespace可以跟class namespace有同名元素,block namespace也可以跟class namespace有重名元素.
在python中,block namespace和function namespace可以包含同名元素.一切都是简单化处理.

六.伪代码实现python中的命名作用域机制

class Namespace(set):
   def __init__(self, type):
      self.type = type  # 定义命名空间的类型

   def insert(self, name):
      self[name] = unasigned  # 插入一个变量名,默认它是未赋值的

class FunctionNameSpace(Namespace):
   def __init__(self):
      Namespace.__init__("function")
      self.globalList = []  # 函数命名空间都有一个globalList

stack = Stack < Namespace > ()

def getVar(name):
   for namespace in stack:
      if namespace.contains(name):
         return namespace[name]
   raise("undefined variable %s"%name)

def processLine(line):
   if line is "global sentence":
      ns = stack.getTopFunctionNamespace()  # 获取栈顶第一个函数命名空间
      if ns.contains(line.globalName):
         if ns[line.globalName].unasigned:  # 如果存在这样的局部变量但是未曾赋值则删掉
            ns.remove(line.globalName)
         else:  # 已经存在的局部变量且已赋值,则报错无法声明global
            raise Exception("SyntaxWarning: name '%s' is assigned to before global" % line.globalName)
      else:
         ns.globalList.append(line.globalName)  # 添加到全局变量表中
   else:
      pass

def parseFunction(src):
   for line in src:
      if line.indent.delta == 0:#本行缩进变化量为0
         process(line)
      elif line.indent.delta == 1:#本行缩进变化量为1,即多缩进了一个tab
         ns = Namespace("block")
         for l in line.nextLinesWithSameIndent:
            if l is "assign sentence":
               ns.push(l.name)
         stack.push(ns)
         process(line)
      elif line.indent.delta < 0:#本行缩进变化量为负数,即回退了delta个,需要弹栈
         for i in range(line.indent.delta, 0):
            stack.pop()
         process(line)