Python中的範圍規則詳解

Python是靜態範圍語言，儘管它自身是一個動態語言。也就是說，在Python中變數的範圍是由它在原始碼中的位置決定的，這與C有些相似，但是Python與C在範圍方面的差異還是非常明顯的。

接下來會談論Python的範圍規則，在這中間也會說明一下Python與C在範圍方面的不同。

在Python 2.0及之前的版本中，Python只支援3種範圍，即局部範圍，全域範圍，內建範圍；在Python 2.2中，Python正式引入了一種新的範圍 --- 嵌套範圍；在Python 2.1中，嵌套範圍可以作為一個選項被開啟；嵌套範圍的引入，本質上為Python實現了對閉包的支援，關於閉包的知識，網上有很多解釋，這裡就不詳細展開了。相應地，變數尋找順序由之前的LGB變成LEGB（L：Local，E：Enclosing，G：Global，B：Built-in）。

在Python中，並不是任何代碼塊都能引入新的範圍，這與C有很大的不同：

代碼如下:

#include
int main() {
if(2 > 0) {
int i = 0;
}
printf("i = %d", i);
return 0;
}

在這段代碼中，if子句引入了一個局部範圍，變數i就存在於這個局部範圍中，但對外不可見，因此，接下來在printf函數中對變數i的引用會引發編譯錯誤。

但是，在Python中卻並非如此：

代碼如下:

if True:
i = 0
print i

在這段代碼中，if子句並沒有引入一個局部範圍，變數i仍然處在全域範圍中，因此，變數i對於接下來的print語句是可見的。

實際上，在Python中，只有模組，類以及函數才會引入新的範圍，其它的代碼塊是不會引入新的範圍的。

在Python中，使用一個變數之前不必預先聲明它，但是在真正使用它之前，它必須已經綁定到某個對象；而名字綁定將在當前範圍中引入新的變數，同時屏蔽外層範圍中的同名變數，不論這個名字綁定發生在當前範圍中的哪個位置。

代碼如下:

def f():
print i
f()

運行結果將顯示：NameError: global name 'i' is not defined。Python首先在函數f的本地範圍中尋找變數i，尋找失敗，接著在全域範圍和內建範圍中尋找變數i，仍然失敗，最終拋出NameError異常。

代碼如下:

i = 0
def f():
i = 8
print i
f()
print i

運行結果顯示：8和0。i = 8是一個名字綁定操作，它在函數f的局部範圍中引入了新的變數i，屏蔽了全域變數i，因此f內部的print語句看到的是局部變數i，f外部的print語句看到的是全域變數i。

代碼如下:

i = 0
def f():
print i
i = 0
f()

運行結果顯示：UnboundLocalError: local variable 'i' referenced before assignment。在這個例子當中，函數f中的變數i是局部變數，但是在print語句使用它的時候，它還未被綁定到任何對象之上，所以拋出異常。

代碼如下:

print i
i = 0

不論是以互動的方式運行，還是以指令檔的方式運行，結果都顯示：NameError: name 'i' is not defined。這裡的輸出結果又與上一個例子不同，這是因為它在頂級範圍（模組範圍）的緣故。對於模組代碼而言，代碼在執行之前，沒有經過什麼預先處理，但是對於函數體而言，代碼在運行之前已經經過了一個預先處理，因此不論名字綁定發生在範圍的那個位置，它都能感知出來。Python雖然是一個靜態範圍語言，但是名字尋找確實動態發生的，因此直到啟動並執行時候，才會發現名字方面的問題。

在Python中，名字綁定在所屬範圍中引入新的變數，同時綁定到一個對象。名字綁定發生在以下幾種情況之下：

1.參數聲明：參數聲明在函數的局部範圍中引入新的變數；
2.賦值操作：對一個變數進行初次賦值會在當前範圍中引入新的變數，後續賦值操作則會重新綁定該變數；
3.類和函數定義：類和函數定義將類名和函數名作為變數引入當前範圍，類體和函數體將形成另外一個範圍；
4.import語句：import語句在當前範圍中引入新的變數，一般是在全域範圍；
5.for語句：for語句在當前範圍中引入新的變數（迴圈變數）；
6.except語句：except語句在當前範圍中引入新的變數（異常對象）。

在Python中，類定義所引入的範圍對於成員函數是不可見的，這與C++或者Java是很不同的，因此在Python中，成員函數想要引用類體定義的變數，必須通過self或者類名來引用它。

嵌套範圍的加入，會導致一些代碼編譯不過或者得到不同的運行結果，在這裡Python解譯器會協助你識別這些可能引起問題的地方，給出警告。

locals函數返回所有的局部變數，但是不會返回嵌套範圍中的變數，實際上沒有函數會返回嵌套範圍中的變數。

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