Python变量作用域的规则以及如何搜索内置作用域

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**作用域：**是指变量的生效范围，例如本地变量、全局变量描述的就是不同的生效范围。

python的变量作用域的规则非常简单，可以说是所有语言中最直观、最容易理解的作用域。

在开始介绍作用域之前，先抛一个问题：

1 x=1
2 def f():
3 x=34 g()
5 print("f:",x)
# 3
6
7 def g():
8 print("g:",x)
# 1
9
10 f()
11 print("main:",x)
# 1

上面的代码将输出3、1、1。

python作用域规则简介

**它有4个层次的作用域范围：**内部嵌套函数、包含内部嵌套函数的函数自身、全局作用域、内置作用域。上面4个作用域的范围排序是按照从内到外，从小到大排序的。

其中：

内置作用域是预先定义好的，在__builtins__模块中。这些名称主要是一些关键字，例如open、range、quit等
全局作用域是文件级别的，或者说是模块级别的，每个py文件中处于顶层的变量都是全局作用域范围内的变量
本地作用域是函数内部属于本函数的作用范围，因为函数可以嵌套函数，嵌套的内层函数有自身的内层范围
嵌套函数的本地作用域是属于内层函数的范围，不属于外层

所以对于下面这段python代码来说，如果它处于a.py文件中，且没有嵌套在其它函数内：

1 X=1
2 def out1(i):
3 X=2
4 Y='a'
5 print(X)
6 print(i)
7 def in1(n):
8 print(n)
9 print(X,Y)
10 in1(3)
11 out1(2)

那么：

处于全局作用域范围的变量有：X、out1

处于out1本地作用域范围的变量有：i、X、Y、in1

处于嵌套在函数out1内部的函数in1的本地作用域范围的变量有：n

注意上面的函数名out1和in1也是一种变量。

如下图所示：

搜索规则

当在某个范围引用某个变量的时候，将从它所在的层次开始搜索变量是否存在，不存在则向外层继续搜索。搜索到了，则立即停止。

例如函数ab()中嵌套了一个函数cd()，cd()中有一个语句print(x)，它将首先检查cd()函数的本地作用域内是否有x，如果没有则继续检查外部函数ab()的本地作用域范围内是否有x，如果没有则再次向外搜索全局范围内的变量x，如果还是没有，则继续搜索内置作用域，像"x"这种变量名，在内置作用域范围内是不存在的，所以最终没有搜索到，报错。如果一开始在cd()中就已经找到了变量x，就不会再搜索ab()范围以及更外层的范围。

所以，内层范围可以引用外层范围的变量，外层范围不包括内层范围的变量。

内置作用域

内置作用域主要是一些内置的函数名、内置的异常等关键字。例如open，range，quit等。

两种方式可以搜索内置作用域：一是直接导入builtins模块，二是让python自动搜索。导入builtins模块会让内置作用域内的变量直接置于当前文件的全局范围，自动搜索内置作用域则是最后的阶段进行搜索。

一般来说无需手动导入builtins模块，不过可以看看这个模块中包含了哪些内置变量。

1 >>> import builtins
2 >>> dir(builtins)
3 ['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException', 'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferError', 'BytesWarning', ...............
4 'range', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'vars', 'zip']

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