Python 函数进阶-全局空间和局部空间

全局空间和局部空间

命名空间

命名空间的概念的提出是为了划分和控制变量是否可见，以及生存周期的长短；命名空间的作用范围叫做作用域。

划分一块区域保存所有数据，以字典的方式存储（变量与值形成映射关系）。一共三种。

1. 内建命名空间：

   • 解释器启动时创建，直到解释器运行结束，生存周期最长；

2. 全局命名空间：

   • 文件运行时创建，直到解释器运行结束，生存周期较长；

3. 局部命名空间：

   • 数调用时，里面的局部变量才创建，调用结束后即释放，生存周期较短；

创建和销毁顺序

• 创建顺序：

  • python解释器启动->创建内建命名空间->创建全局命名空间->创建局部命名空间

• 销毁顺序：

  • 函数调用结束后->销毁函数对应的局部命名空间数据->销毁全局命名空间数据->销毁内建命名空间数据

全局变量和局部变量

什么是全局和局部变量

局部变量就是在函数内部定义的变量，局部变量所在的就是局部命名空间，作用域仅仅在函数内部可见，也就是说只能在函数内部使用。

# 在函数中创建的变量就是局部变量
def func():
   var = '局部变量'

# 局部变量不可以在非对应局部环境中使用
print(var)  # error, 该变量不存在

全局变量就是在函数外部定义的或者使用global在函数内部定义的变量，全局变量所在的命名空间就是全局命名空间，作用域横跨整个文件，就是说在整个文件中的任何一个地方都可以使用全局变量。

# 在全局环境中创建的变量就是全局变量
var = '全局变量'

def func():
    # 在局部中也可以使用全局变量
    print(var)  # 全局变量

func()

局部变量最好不要和全局变量同名，如果同名，在局部环境中就无法使用全局变量了。

var = '全局变量'

def func():
    # 先使用了全局变量
    print(var)  # error, 找不到该变量

    # 然后局部变量和全局变量同名，那么新的局部变量就会在局部空间中覆盖了全局变量的一切影响力，这就叫做局部变量修改了全局变量；
    # 这样的话导致在局部空间中无法在使用该全局变量，之前在局部空间中使用的该变量就成为了先调用后定义；导致出错。
    var = '局部变量'
    print(var)

func()

# 但是局部同名变量不会影响到全局变量的值
print(var)  # 全局变量

内置函数就是内建命名空间，指的是那些python中自带的、内置的函数。

作用域

局部变量作用域：在函数的内部

全局变量作用域：横跨整个文件

生命周期

内置变量 -> 全局变量 -> 局部变量

内置变量自python程序运行的时候开始，一直等到python程序结束之后才会释放；

全局变量自创建开始，一直到程序结束或者被清除才会释放；

局部变量字创建开始，一直到局部空间执行结束或者清除就会释放；

全局部函数和关键字的使用

函数

函数	作用
globals()	存放着全局作用域中的所有内容，以字典的形式返回
locals()	存放着当前作用域中的所有内容，以字典的形式返回

globals()

返回所有的全局作用域中的内容。

如果在全局，调用globals之后，获取的是打印之前的所有变量，返回字典，全局空间作用域；

# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3

# 调用globals函数
res = globals()

# 第一次打印，包含a b c
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''


# 再定义一些变量
d, e, f = 1, 2, 3

# 第二次打印，包含a b c d e f
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''

如果在局部，调用globals之后，获取的是调用之前的所用变量，返回字典，全局空间作用域；

# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3


# 在局部环境中使用globals函数
def func():
    res = globals()
    print(res)


# 调用函数
func()
'''
结果：不包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001E7C287D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x000001E7C2772F28>}
'''


# 再定义一些全局变量
d, e, f = 4, 5, 6

# 第二次调用函数
func()
'''
结果：包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000021A3F3DD198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x0000021A3F2D2F28>, 'd': 4, 'e': 5, 'f': 6}
'''

globals可以动态创建全局变量

dic = globals()

print(dic)  # 返回系统的字典
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000026F357ED198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}}
'''


# 在全局的字典当中，通过添加键值对，自动创建全局变量，对应的键是变量名，对应的值是变量指向的值
dic['msr123123123'] = '123456'

print(msr123123123)    # 123456

# 查看全局内容
print(dic)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000161D944D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}, 'msr123123123': '123456'}
'''

locals()

返回当前所在作用域的所有内容。

如果在全局，调用locals之后，获取的是打印之前的所有变量，返回字典，全局空间作用域；

# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3

# 调用locals函数
res = locals()

# 第一次打印，包含a b c
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''


# 再定义一些变量
d, e, f = 1, 2, 3

# 第二次打印，包含a b c d e f
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''

如果在局部，调用locals之后，获取的是调用之前的所有变量，返回字典，局部空间作用域；

# 定义一些局部变量
def func():
   # 局部变量
   aa, bb, cc = 11, 22, 33

   # 第一遍调用
   res = locals()

   # 第一次打印，包含 aa bb cc
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}

   # 再定义一些局部变量
   dd, ee, ff = 44, 55, 66

   # 第二次打印，不包含 dd ee ff
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}

   # 调用第二遍
   res2 = locals()

   # 打印第一次的调用，包含 dd ee ff
   print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
   
   # 打印第二次的调用，包含 dd ee ff
   print(res2) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}

# 调用函数，返回在函数中的局部变量
func()

关键字

关键字	作用
global	声明全局变量、获取使用和修改全局变量的权限
nonlocal	修改局部变量（当前函数的上一层的局部变量）

global

在局部环境中创建的变量是局部变量，在全局环境中是不可以使用的。但是使用global定义的变量就是一个全局变量，这个变量可以全局环境中使用。

def func():
    var = '局部变量'

    global glvar
    glvar = '全局变量'

# 一定要执行局部环境哟
func()

# 全局环境中
print(var)  # error，局部变量不能调用
# 使用global定义的变量是全局变量
print(glvar)    # 全局变量

在局部环境中无法修改全局变量的值，使用global可以在局部环境中修改全局变量。

var = '全局变量'

def func():
    global var
    var = '局部环境中修改'

func()

print(var)  # 局部环境中修改

函数的嵌套

在学习nonlocal之前我们需要先学习一些关于函数嵌套的知识。

内函数和外函数

函数之间是可以互相嵌套的，外层的叫做外函数，内层的叫做内函数。

def outer():
    print('我叫outer，是外函数')

    def inner():
        print('我叫inner，在outer的里面，是内函数')

    # 在外函数中执行内函数
    inner()


# 执行外函数
outer()

'''
结果：
我叫outer，是外函数
我叫inner，在outer的里面，是内函数
'''

1. 内函数不可以直接在外函数外执行调用
2. 调用外函数后，内函数也不可以在函数外部调用
3. 内函数只可以在外函数的内部调用
4. 内函数在外函数内部调用时，有先后顺序，必须先定义在调用，因为python没有预读机制，这个预读机制适用于python中的所有场景。

# 外层是outer，内层是inner，最里层是smaller，调用smaller里的所有代码
def outer():
    print('我叫outer，是最外层函数，是inner和smaller的外函数')

    def inner():
        print('我叫inner，是outer的内函数，是smaller的外函数')

        def smaller():
            print('我叫smaller，是outer和inner的内函数')

        # 先在inner中执行smaller
        smaller()

    # 然后在outer中执行inner
    inner()

# 最后再执行outer才能执行smaller函数
outer()

'''
结果：
我叫outer，是最外层函数，是inner和smaller的外函数
我叫inner，是outer的内函数，是smaller的外函数
我叫smaller，是outer和inner的内函数
'''

我们在多个函数嵌套的时候要注意，不管外函数还是内函数，都是函数，只要是函数中的变量都是局部变量。

内涵可以使用外函数的局部变量，外函数不能直接使用内函数的局部变量。

LEGB原则

LEGB原则就是一个就近找变量原则，依据就近原则，从下往上，从里向外，依次寻找。

B————Builtin（Python）：Python内置模块的命名空间    （内建作用域）
G————Global（module）：函数外部所在的命名空间        （全局作用域）
E————Enclosing Function Locals：外部嵌套函数的作用域（嵌套作用域）
L————Local（Function）：当前函数内的作用域           （局部作用域）

nonlocal

现在我们正式学习nonlocal关键字，nonlocal的作用是修改当前局部环境中上一层的局部变量。那么我们根据这个作用便知道了nonlocal的使用环境至少是一个二级的嵌套环境，且外层的局部环境中必须存在一个局部变量。

def outer():
    # 定义变量
    lvar = 'outer var'

    def inner():
        # 内函数使用nonlocal修改上一层的局部变量
        nonlocal lvar
        lvar = 'inner var'

    # 执行inner函数
    inner()
    print(lvar)

outer() # inner var

假如上一层的局部环境中没有这个变量怎么办，那么就根据LEGB原则向上寻找。

def outer():
    # 定义变量
    lvar = 'outer var'

    def inner():
        
        def smaller():
            
            # smaller中修改变量，但是inner中没有，就向上寻找修改outer中的变量
            nonlocal lvar
            lvar = 'smaller var'

        # 执行 smaller函数
        smaller()

    # 执行inner函数
    inner()
    print(lvar)

# 执行outer函数
outer()

如果层层寻找，直到最外层的函数中也没有这个变量，那么就会报错，因为nonlocal只会修改局部变量，如果超出范围，就会报错。

var = 1  # 变量在最外层的函数之外，也就是全局变量，nonlocal无法修改

def outer():

   def inner():

      def smaller():

         nonlocal var    # error，没有局部变量
         var = 2
         print(var)

      smaller()

   inner()

outer()

总结

全局变量和局部变量

局部环境中可以调用全局变量，但是不能修改（但是如果全局变量是可变数据则可以修改其中的值）
全局环境中不能调用局部变量 也不能修改

函数

global()

（在函数内部使用，可以对全局变量进行操作）
1、可以在局部环境中定义全局变量
2、可以在局部环境中修改全局变量

nonlocal()

（在内函数中使用，可以在内函数中修改外函数中的局部变量）

关键字

locals

1、locals获取当前作用域当中所有的变量
如果在全局调用locals之后，获取的是打印之前的所有变量，返回字典，全局作用域
如果在局部调用loclas之后，获取的是调用之前的所有变量，返回字典，局部作用域

globals

2、globals只获取全局空间中的所有变量
如果在全局调用globals之后，获取的是打印之前的所用变量，返回字典，全局作用域
如果在局部调用globals之后，获取的是调用之前的所用变量，返回字典，全局作用域