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Python 命名空间和作用域

在本文中,您将了解命名空间,从名称到对象的映射以及变量的作用域。

Python中的命名空间是什么?

如果您曾经读过“ Python之禅(The Zen of Python) ”(在Python解释器中输入import this),最后一行指出,命名空间是一个很棒的主意-让我们做更多的事情!那么这些神秘的命名空间是什么?首先让我们看看名称是什么。

名称(也称为标识符)只是赋予对象的名称。Python中的一切都是对象。名称是访问基础对象的一种方式。

例如,当我们执行赋值操作时a = 2,2是一个存储在内存中的对象,而a是与之关联的名称。我们可以通过内置函数 获取某些对象的地址(在RAM中)id()。让我们看看如何使用它。

# 注意:您可能会得到不同的id值
a = 2
print('id(2) =', id(2))

print('id(a) =', id(a))

输出结果

id(2) = 9302208
id(a) = 9302208

在这里,两者都引用相同的对象2,因此它们具有相同的id()。让我们做些有趣的事情。

# 注意:您可能会得到不同的id值

a = 2
print('id(a) =', id(a))

a = a+1
print('id(a) =', id(a))

print('id(3) =', id(3))

b = 2
print('id(b) =', id(b))
print('id(2) =', id(2))

输出结果

id(a) = 9302208
id(a) = 9302240
id(3) = 9302240
id(b) = 9302208
id(2) = 9302208

上述步骤序列中发生了什么?让我们用一个图来解释一下:

变量的内存图
Python中变量的内存图

最初,创建一个对象2并将名称a与之相关联,当我们执行a = a + 1时,将创建一个新的对象3,现在a与该对象相关联。

请注意,id(a)和id(3)具有相同的值。

此外,当执行b = 2时,新名称b与先前的对象2相关联。

这是有效的,因为Python不必创建新的重复对象。 名称绑定的这种动态特性使Python变得功能强大。 名称可以引用任何类型的对象。

>>> a = 5
>>> a = 'Hello World!'
>>> a = [1,2,3]

所有这些都是有效的,并且a将在不同示例中引用三种不同类型的对象。函数也是对象,因此名称也可以引用它们。

def printHello():
    print("Hello")


a = printHello

a()

输出结果

Hello

相同的名称a可以引用一个函数,我们可以使用该名称来调用该函数。

什么是Python中的命名空间?

现在我们了解了名称是什么,我们可以继续进行命名空间的概念。

简而言之,命名空间是名称的集合。

在Python中,您可以将命名空间想象为已定义的每个名称到对应对象的映射。

不同的命名空间可以在给定时间共存,但完全隔离。

当我们启动Python解释器时,将创建一个包含所有内置名称的命名空间,并且只要该解释器运行,该命名空间就会存在。

这就是为什么内置的功能(例如id())print()等始终可以从程序的任何部分使用的原因。每个模块创建自己的全局命名空间。

这些不同的命名空间是隔离的。因此,不同模块中可能存在的相同名称不会冲突。

模块可以具有各种功能和类。调用函数时会创建一个本地命名空间,其中定义了所有名称。与类相似。下图可能有助于阐明这一概念。

Python编程中的嵌套命名空间
Python中不同命名空间的图

Python变量作用域

尽管定义了各种唯一的命名空间,但我们可能无法从程序的每个部分访问它们。作用域的概念开始起作用。

作用域是程序的一部分,从那里可以直接访问命名空间而无需任何前缀。

在任何给定时刻,至少有三个嵌套作用域。

  1. 具有本地名称的当前函数的作用域

  2. 具有全局名称的模块的作用域

  3. 具有内置名称的最外部作用域

在函数内部进行引用时,将在本地命名空间中搜索名称,然后在全局命名空间中搜索,最后在内置命名空间中搜索。

如果另一个函数内有一个函数,则新作用域嵌套在本地作用域内。

Python作用域和命名空间的示例

def outer_function():
    b = 20
    def inner_func():
        c = 30

a = 10

在这里,变量a在全局命名空间中。变量b在的本地命名空间中,outer_function()而c在的嵌套本地命名空间中inner_function()。

当我们在时inner_function(),c在我们本地,b在非本地,a在全局。我们可以为c读取和分配新值,但只能 从中读取bainner_function()。

如果我们尝试分配作为值b,一个新的变量b在本地命名空间比非本地不同的创建b。当我们分配一个值,同样的事情发生一个

但是,如果我们将a声明为全局a,则所有引用和赋值都将移至全局a。同样,如果我们想重新绑定变量b,则必须将其声明为非本地变量。以下示例将进一步阐明这一点。

def outer_function():
    a = 20

    def inner_function():
        a = 30
        print('a =', a)

    inner_function()
    print('a =', a)


a = 10
outer_function()
print('a =', a)

正如您看到的,该程序的输出为

a = 30
a = 20
a = 10

在此程序中,在不同的命名空间中定义了三个不同的变量a并进行了相应的访问。在以下程序中,

def outer_function():
    global a
    a = 20

    def inner_function():
        global a
        a = 30
        print('a =', a)

    inner_function()
    print('a =', a)


a = 10
outer_function()
print('a =', a)

程序的输出是。

a = 30
a = 30
a = 30

在这里,由于使用了关键字global,所以所有引用和赋值都指向全局a。