Python 命名空间和作用域介绍

2020-02-24 language python

在 Python 中，一切皆对象，命名空间实际是一个名称到对象的映射，另外，虽然 Python 是一种动态类型的语言，但是静态作用域语言，变量使用与作用域相关。

这里详细介绍命名空间和作用域的关系。

简介

在 Python 中，一切皆对象，而命名空间实际是一个名称到对象 (Objects) 的映射关系 (A namespace is a mapping from names to objects)，多数的命名空间是用字典实现的，键就是变量名，值是那些变量的对象，也即变量的值。

另外，Python 是一种动态类型的语言，在编译阶段类型并没有与变量绑定，严格来说，变量名是与具体的变量绑定的。尽管是一种动态语言，但 Python 是静态作用域语言，也就是说，变量的作用域是由它在源代码中的位置决定的。

在使用一个变量之前不必先声明它，但是在真正使用它之前，必须已经绑定到某个对象；而名字绑定将在当前作用域中引入新的变量，同时屏蔽外层作用域中的同名变量，不论这个名字绑定发生在当前作用域中的哪个位置。

命名空间

命名空间包含了当前定义的符号名称及其所引用对象的集合，可以将命名空间看作字典，其中键是对象名称，而值就是对象本身。

在 Python 程序中的任何一个地方，都存在如下几个可用的命名空间：

  • 局部命名空间，每个函数所有，包括了函数内定义的变量、参数；当函数被调用时创建一个局部命名空间，当函数返回结果或抛出异常时被删除；可以通过 locals() 函数访问。
  • 全局命名空间，模块中定义，包括了模块内定义的函数、类、其它导入的模块、模块级的变量和常量，在模块导入时创建，会一直保存到解释器退出；可以通过 globals() 函数访问。
  • 内置命名空间，在 Python 解析器启动时创建，会一直保留，任何模块均可访问，包含了一些常见的函数 (例如 sin()、map()、open() 等)，异常 (例如 BaseException、IOError 等)；在 Python3 中可以通过 dir(builtins) 命令查看。

通过命名空间保存了变量名和值之间的映射关系，而变量的查找则与作用域相关。

作用域

变量的查询顺序为 LEGB ，也就是局部作用域 (Local)，嵌套作用域 (Enclosing)，全局作用域 (Global)，内置作用域 (Build-in)，在查询的过程中如果找到则停止搜索，否则抛出 NameError: name 'xxx' is not defined. 错误。

另外，在早些时候，Python 的是按照 LGB 查找的，后来由于闭包和嵌套函数的出现，于是又增加了嵌套作用域。

示例

内置作用域一般不建议修改 (实际可以通过 builtins 模块修改)，可以通过如下的示例验证 LEG 的查找顺序。

float = "global scope"         # <3>
def foobar():
	float = "enclosing scope"  # <2>
	def bar():
		float = "local scope"  # <1>
		print(float)
	bar()
foobar()

直接运行会输出 local scope ，当注释掉 <1> 行后，会显示 enclosing scope ，再注释掉 <2> 之后，会显示 global scope ，如果再注释掉 <3> 行，那么就会输出内建的 float 对象，也就是 <class 'float'> 。