Python之变量作用域、Closure闭包

这里介绍Python变量作用域中的global关键字和nonlocal关键字、Closure闭包

global关键字

在内层作用域（比如，函数中），如果对全局变量进行读取/修改, 可通过global关键字来声明该变量是一个全局变量。其实如果只是读取变量不修改的话，当内层作用域找不到变量定义时，其会到外层作用域去找。需要注意的是，如果在内层作用域定义了一个与全局变量同名的局部变量，则在内层作用域操作的是局部变量，而不是全局变量

print("----------- 变量作用域 -----------------------")

# 全局变量
b = 1000

def f1(a): 
    print(f"[f1]: a -->> {a}")
    # 只读不修改时，当内层作用域找不到变量b时，其会到外层作用域去找 
    print(f"[f1]: b -->> {b}")

def f2(a): 
    print(f"[f2]: a -->> {a}")
    # 内层作用域定义的变量(即使其与全局变量同名)为局部变量
    b = 22
    print(f"[f2]: b -->> {b}")

def f3(a): 
    # 如果确实想在内层作用域中对全局变量进行修改, 可通过global关键字来声明变量是一个全局变量
    global b
    print(f"[f3]: a -->> {a}")
    print(f"[f3]: b -->> {b}")
    b = 500
    print(f"[f3]: after modify, b -->> {b}")


print("\n--------------- Test f1 函数 ---------------------")
f1(1.1)

print("\n--------------- Test f2 函数 ---------------------")
f2(2.2)
# 全局变量b的值未变，说明f2中修改的确实是局部变量
print(f"b --->> {b}")

print("\n--------------- Test f3 函数 ---------------------")
f3(3.3)
# 全局变量b的值变了，说明f3中修改的确实是全局变量
print(f"b --->> {b}")

当我们对全局变量进行修改时，如果不使用global关键字来声明该变量是一个全局变量，即会因为找不到变量定义而报错

num = 996

def func3():
    # 对全局变量进行修改时，需要通过 global关键字来声明该变量是一个全局变量
    # 否则即会因为找不到变量定义而报错
    num += 50000
    print(f"num -->> {num}")

func3()

Closure闭包

在外层函数中嵌套定义一个内层函数时，一方面：在内层函数定义中使用了外层函数中定义的变量；另一方面，外层函数直接返回了内层函数，使得该内层函数可以在其定义环境外被执行。这样的一个内层函数我们称之为Closure闭包

title = "闭包定义"
print(f"------------ {title} -------------------")

def f1():
    name = "Aaron"

    # 这里内层函数f2使用了外层函数f1的变量name，此时就产生了闭包。其中f2就是一个闭包函数
    def f2():
        msg  = f"{name}: Hello ..."
        print(msg)

    print(f"f2 函数: {f2}")    
    return f2

f2_new = f1()
# f2_new变量指向的就是f2函数
print(f"f2_new变量 --->>> {f2_new}")    

print("函数f2中局部变量的名称:", f2_new.__code__.co_varnames)
print("函数f2中自由变量的名称:", f2_new.__code__.co_freevars)

# 从下不难看出，对于闭包函数f2而言，
# 它会保留 定义f2函数时对name变量的绑定，这样当我们在f1函数的外面调用f2函数。
# 虽然f1函数的作用域已经不存在了，但是仍能使用name变量 

for cell in f2_new.__closure__:
    print("函数f2中自由变量对应的值:", cell.cell_contents)

# 在f1函数外面调用f2函数，依然可以访问name变量
f2_new()

nonlocal关键字

在Python中，如果内层函数需要访问外层函数的变量，可使用nonlocal关键字来进行声明

def make_averager():
    count = 0
    sum = 0

    def avg(num):
        # 由于在函数中变量进行修改，Python解释器会将其视为局部变量
        # 为解决此问题，Python 3中引入了nonlocal关键字
        # 表明其不是局部变量, 而是外层函数的变量
        nonlocal count, sum
        count += 1
        sum += num
        return sum / count

    return avg

avg = make_averager()
print(f"计算平均值: {avg(20)}")
print(f"计算平均值: {avg(10)}")
print(f"计算平均值: {avg(3)}")

参考文献

1. Python编程·第3版：从入门到实践 Eric Matthes著
2. Python基础教程·第3版 Magnus Lie Hetland著
3. 流畅的Python·第1版 Luciano Ramalho著