perl學習之六：變數範圍

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變數範圍

（一）包變數

$x = 1

這裡，$x是個包變數。關於包變數，有2件重要的事情要瞭解：

1)假如沒有其他申明，變數就是包變數；
2)包變數總是全域的。

全域意味著包變數在每個程式裡總可訪問到。在你定義了$x=1後，程式的任何其他部分，甚至在其他檔案裡定義的子程式，都能影響和修改$x的值。這點毫無例外；包變數總是全域的。

包變數被歸類到族（叫做packages）。每個包變數的名字包括2部分。這2部分類似於變數自己的名字和族名。假如喜歡，你可以稱呼美國副總統為‘AL‘，但對其全名‘Al Gore‘來講，這確實太短。類似的，$x有一個全名，其形式如$main::x。主要部分是包限定詞，類似於‘Al Gore‘裡的‘Gore‘部分。Al Gore和AL Capone是不同的人，儘管他們都叫做‘AL‘。同樣的，$Gore::Al和$Capone::Al是不同的變數，$main::x and $DBI::x也是不同的變數。

允許指定變數名的包部分，假如這樣做，perl會明確知道你指的是哪個變數。但為簡潔起見，通常不會指定變數的包限定詞。

1.當前包

假如你僅說$x，perl假設你指的是當前包裡的變數$x。什麼是當前包？通常情況下是指main，但你可以改變當前包，在程式裡這樣寫：

package Mypackage;

從這點開始，當前包就是Mypackage。當前包做的唯一事情是，在你沒有指定包名時，它影響對包變數的解釋。假如當前包是Mypackage，這時$x實際指$Mypackage::x。假如當前包是main，這時$x實際指$main::x。

假如你在編寫一個模組，假設模組名稱是MyModule，你可能會將如下行放在模組檔案的頂部：

package MyModule;

從這裡開始，你在模組檔案裡使用的所有包變數將位於包MyModule裡，你可以非常放心，這些變數不會與程式其他部分的變數衝突。不必擔心你和DBI的作者是否會使用同一個變數$x，因為變數會被區分開，一個是$MyModule::x，另一個是$DBI::x。

記住包變數總是全域的。即使你不在DBI包裡，甚至即使你從來沒聽說過DBI包，也沒什麼能阻止你讀取或寫入$DBI::errstr。你不必做任何特殊事情。$DBI::errstr象所有包變數一樣，是個全域變數，它可全域訪問到；你要做的唯一事是用全名來擷取它。甚至可以這樣寫：

package DBI;
$errstr = ‘Ha ha Tim!‘;

這樣就修改了$DBI::errstr。

2.關於包變數的補充

1)若包名為空白，則等同於main。所以對任何x來講，$::x等同於$main::x。

2)某些變數總是強迫位於main包裡。例如，假如你提及%ENV,perl假設你指%main::ENV，即使當前包不是main。假如你想要%Fred::ENV，就必須明確申明，即使當前包是Fred。其他特殊的變數包括INC，所有的單標點符號變數名例如$_,$$, @ARGV，以及STDIN, STDOUT, 和STDERR。

3)包名，而非變數名，可以包含::。你可以命名變數為$DBD::Oracle::x。這意味著變數x位於包DBD::Oracle裡；它與包DBD沒有任何關係。Isaac Newton與 Olivia Newton-John無關，並且Newton::Isaac也與Newton::John::Olivia無關。儘管它們看起來都以Newton開頭，但實際上這有點欺騙性。Newton::John::Olivia位於Newton::John包裡，而不是Newton裡。

這是你要瞭解的關於包變數的所有東西。

包變數是全域的，這意味著它是危險的，因為不能保證某個人不會在背後來破壞它們。在Perl 4之前，所有的變數都是包變數，這點令人不安。所以perl 5增加了新的非全域變數。


（二）詞法變數

Perl裡其他類型的變數叫做詞法變數或私人變數，因為它們是私人的。它們有時也叫做my變數，因為總是以my來申明它們。你也許很想叫它們local變數，因為它們的影響被局限在程式的一小部分裡。但不要那樣做，因為其他人可能以為你在談論perl的local操作符。當你想要一個local變數時，請想到my，而不是local。

my $x;

如上申明建立了一個新變數，叫做x，它對程式的大部分完全不可訪問，大部分是指在申明變數的代碼塊之外的地方。這個塊叫做變數範圍。假如變數未在任何塊裡申明，它的範圍就是從申明它的地方開始，到檔案的結尾。

也可以申明和初始化一個my變數，這樣寫：

my $x = 119;

也能同時申明幾個變數：

my ($x, $y, $z, @args) = (5, 23, @_);

如下樣本展示私人變數在哪裡會很有用。考慮這個子程式：

        sub print_report {
          @employee_list = @_;
          foreach $employee (@employee_list) {
            $salary = lookup_salary($employee);
            print_partial_report($employee, $salary);
          }
        }

假如lookup_salary碰巧也使用了名為$employee的變數，這個變數名和print_report使用的一樣，事情就會變得糟糕。負責print_report和lookup_salary的2個程式員必須協作，以確保他們不使用相同的變數名。這點是痛苦的。事實上，即使是在一個中等大小的項目裡，這點也令人無法忍受。

解決方案是：使用my變數：

        sub print_report {
          my @employee_list = @_;
          foreach my $employee (@employee_list) {
            my $salary = lookup_salary($employee);
            print_partial_report($employee, $salary);
          }
        }

my @employee_list建立一個新的陣列變數，它在print_report函數之外完全不可訪問。 my $employee建立一個標量變數，它在foreach迴圈外完全不可訪問。你不必擔心程式裡的其他函數會破壞這些變數，因為它們沒這個能力；它們不知道這些變數在哪裡，因為變數的名字在my申明的範圍之外有不同的意義。my變數有時也叫做詞法變數，因為它們的範圍僅僅依賴於程式文本自身，不依賴於執行細節，例如以什麼順序來執行什麼。僅通過檢查原始碼，就可以弄清楚它們的範圍。無論何時你看到一個變數，請在同一代碼塊裡的先前位置找my申明。假如找到了，你可以確認該變數在代碼塊之外不可訪問。假如在最內層的代碼塊裡沒有找到my聲明，那就到上一層塊裡找，依此類推，直到找到為止。假如任何地方都沒有my申明，那麼這個變數是個包變數。

my變數並非包變數。它們不是包的一部分，並且沒有包限定詞。當前包不會因為變數的解釋方式而受到影響。如下是個例子：

        my $x = 17;

        package A;
        $x = 12;

        package B;
        $x = 20;

        # $x is now 20.
        # $A::x and $B::x are still undefined

在頂部的my $x=17的申明建立了一個新的名為x的詞法變數，它的範圍持續到檔案結尾。$x的新意義覆蓋了預設的意義，預設意義是指$x是當前包的一個包變數。

package A改變了當前包，但因為$x指向了詞法變數，而不是包變數，$x=12不會對$A::x有任何影響。類似的，在package B後，$x=20修改了詞法變數，而不是任何包變數。

在檔案結尾，詞法變數$x值為20，包變數$main::x, $A::x, 和$B::x仍未定義。假如要使用它們，仍須通過全名來訪問它們。

必須記住的是：

包變數是全域變數。
對私人變數，必須使用my申明。

1. local和my

幾乎每個人都知道，有個local函數，它對本地變數有些影響。它到底是什麼呢，與my有關係嗎？答案簡單而奇怪：

my建立本地變數，然而local不這樣。

首先，local $x實際做的事是：它儲存包變數$x的當前值在一個安全的地方，然後用一個新值替換它，假如沒有指定新值，就使用undef代替。當控制離開當前塊時，它也會恢複$x的舊值。它影響的是包變數，這個包變數擷取了本地值。但包變數總是全域的，local申明的包變數亦無例外。為了顯示其區別，請看這個：

        $lo = ‘global‘;
        $m  = ‘global‘;
        A();

        sub A {
          local $lo = ‘AAA‘;
          my    $m  = ‘AAA‘;
          B();
        }

        sub B {
          print "B ", ($lo eq ‘AAA‘ ? ‘can‘ : ‘cannot‘) ,
                " see the value of lo set by A.\n";

          print "B ", ($m  eq ‘AAA‘ ? ‘can‘ : ‘cannot‘) ,
                " see the value of m  set by A.\n";
        }

結果會列印：

        B can see the value of lo set by A.
        B cannot see the value of m  set by A.

發生了什嗎？在A函數裡的local申明，給包變數$lo賦予了一個新的臨時值AAA。舊值global會被儲存起來，直到A返回，但在這點之前，A調用了B。B訪問$lo的內容沒有問題，因為$lo是包變數，包變數總是全域可見的，所以它能見到A設定的AAA值。

與之對照的是，my申明建立了一個新的詞法範圍的變數叫做$x，它僅僅在A函數裡可見。在A之外，$m保留它的舊意義：它指向包變數$m；其值仍是global。這是B所見到的變數。它不會見到AAA值，因為那個變數是個詞法變數，僅僅存在於A裡。

2.local有何好處？

因為local實際不建立本地變數，它並非很有用。在上述樣本裡，假如B碰巧修改了$lo的值，這樣A設定的值就被覆蓋掉。這點我們確實不想它發生。我們希望每個函數有它自己的變數，它們不會被其他函數觸及到。這就是my所能做到的。

為什麼會有local呢？答案90%是因為曆史原因。早期的perl版本僅有全域變數。local非常容易執行，它作為對本地變數問題的局部解決方案而增加到perl4裡。後來在perl5裡做了更多工作，真正的本地變數被添加到該語言裡。不同於local，新的本地變數以單詞my來申明。之所以選擇my，是因為它暗示著隱私，也因為它非常短；短小的單詞也許會鼓勵你使用它來代替local。my也比local運行更快。

何時使用my，以及何時使用local呢？

答案很簡單：總使用my，絕不要使用local。

3.my變數的其他特性

每次控制抵達my申明，perl建立一個新的，初始的變數。例如，如下代碼列印x=1 50次：

        for (1 .. 50) {
          my $x;
          $x++;
          print "x=$x\n";
        }

每次遍曆迴圈時，你得到一個新的$x，其值初始化為undef。

假如申明在迴圈之外，控制只會通過它一次，所以這裡就只有一個變數：

        { my $x;
          for (1 .. 50) {
            $x++;
            print "x=$x\n";
          }     
        }

這會列印x=1, x=2, x=3, ... x=50. 

可以利用這點來玩個遊戲。假設有個函數，它需要從一個調用到下一個調用中記住某個值。例如，考慮一個隨機數產生器。典型的隨機數產生器（類似perl的rand函數）有個種子在其中。種子就是一個數。當請求隨機數產生器來擷取隨機數時，該函數基於種子來執行某些運算，然後返回結果。它也會儲存該結果，並將其作為下一次函數調用的種子。

如下是典型代碼：

        $seed = 1;
        sub my_rand {
          $seed = int(($seed * 1103515245 + 12345) / 65536) % 32768;
          return $seed;
        }

典型的輸出：

        16838
        14666
        10953
        11665
        7451
        26316
        27974
        27550

這裡有個問題，因為$seed是個全域變數，那意味著我們必須擔憂某個人可能無意中修改它。或者別人有意破壞它，這就影響了程式的結果。假如該函數用於賭博程式中，並且別人破壞了它的隨機數產生器，你想想會發生什嗎？

但是我們不能在函數裡申明$seed為my變數：

        sub my_rand {
          my $seed;
          $seed = int(($seed * 1103515245 + 12345) / 65536) % 32768;
          return $seed;
        }

假如這樣做了，當每次調用my_rand時，$seed會被初始化為undef。我們實際需要的是，在每次調用my_rand時，$seed會保留其值。

如下是解決方案：

        { my $seed = 1;
          sub my_rand {
            $seed = int(($seed * 1103515245 + 12345) / 65536) % 32768;
            return $seed;
          }
        }

申明在函數之外，所以它僅僅在程式編譯時間執行一次，而不是每次函數調用時都執行。但它是個my變數，並且其位於代碼塊裡，所以它僅對塊裡的代碼可見。my_rand是塊裡的唯一其他東西，所以$seed僅可被my_rand函數訪問。

4.關於my變數的補充

1)不能對以標點符號命名的變數使用my申明，例如_, @_, 或$$。也不能對後台引用的變數$1, $2, ... 使用my申明。my的作者認為那會把事情搞糟。

2)明顯的，不能申明my $DBI::errstr，因為那會有衝突：它認為包變數$DBI::errstr是個詞法變數。但是可以申明local $DBI::errstr；它儲存local $DBI::errstr的當前值，並在代碼塊結束處恢複它。

3)在perl 5.004及更高版本裡，可以這樣寫：

        foreach my $i (@list) {

它限制$i在迴圈範圍內。類似的，

        for (my $i=0; $i<100; $i++) { 

限制了$i在for迴圈裡。


（三）變數申明

假如你在編寫某個函數，並且你想要它有私人變數，就必須使用my來申明變數。假如忘記了，會發生什麼事？

        sub function {
          $x = 42;        # Oops, should have been my $x = 42.
        }

在該情形下，你的函數修改了全域包變數$x。假如你在其他地方要用到那個包變數，那對程式將是災難。

最近版本的perl有針對這點的保護選項，你可以啟用它。假如放置：

         use strict ‘vars‘;

在程式的頂部，perl將要求包變數有明確的包限定詞。$x=42裡的$x沒有這樣的限定詞，所以程式甚至不會通過編譯；代替的，編譯器會異常中斷，並輸出如下錯誤訊息：

Global symbol "$x" requires explicit package name at ...

假如你希望$x是個私人my變數，你可以回頭增加my。假如你確實想使用全域包變數，你能回頭改變它為：

$main::x = 42;

或其他相應的包。

use strict還有其他的檢測選項，請看perldoc strict的更多細節。

現在假設你在編寫Algorithms::KnuthBendix模組，你想使用strict vars保護模式，但假如任何時候你需要一遍又一遍的敲入$Algorithms::KnuthBendix::Error，你會覺得很煩。

你可以告訴strict vars產生一個例外：

        package Algorithms::KnuthBendix;
        use vars ‘$Error‘;

這樣就在你使用短名字$Error時，避免了包變數$Algorithms::KnuthBendix::Error導致的strict vars失敗。

如下寫法，也可以在某個代碼塊裡關閉strict vars：

        { no strict ‘vars‘;

          # strict vars is off for the rest of the block.

        }


（四）總結

包變數總是全域的。它們有一個名字和一個包限定詞。可以忽略包限定詞，這樣perl會使用預設的包，預設包可由package申明設定。對私人變數，請使用my。不要使用local,它已淘汰。

避免使用全域變數，因為它難以確保程式的2部分不會錯誤的使用對方的變數。

為了避免意外使用全域變數，請在程式裡使用use strict ‘vars‘。它會檢查並確保所有的變數要麼是申明為私人的，要麼明確使用了包限定詞，要麼明確使用use vars來申明。


（五）關於‘our‘的補充

perl 5.6.0介紹了一個新的our(...)申明。它的文法與my()相同，它是use vars的代替品。

如果不深究細節，our()就類似於use vars；它的唯一影響是申明變數，以便它們免除strict ‘vars‘的檢查。然而相對於use vars，它可能有2個優勢：文法不那麼怪異，影響是詞法範圍。也就是說，它讓stict檢查失效的範圍僅僅在當前塊之內：

        use strict ‘vars‘;
        {
          our($x);
          $x = 1;   # 這裡使用全域變數$x沒問題
        }
        $x = 2;     # 這裡使用$x通常引起編譯時間錯誤

所以使用use vars ‘$x‘申明時，可以在任何地方使用全域變數$x。our($x)僅僅允許在程式的某些塊裡申明全域變數$x，假如意外的在其他地方使用它，仍會導致錯誤。

perl學習之六：變數範圍