Python新手在作用域方面经常容易碰到的问题

发表于 5年以前 | 总阅读数：651 次

通常，当我们定义了一个全局变量（好吧，我这样说是因为讲解的需要――全局变量是不好的），我们用一个函数访问它们是能被Python理解的：


    bar = 42
    def foo():
      print bar

在这里，我们在foo函数里使用了全局变量bar，然后它也如预想的能够正常运行：


    >>> foo()
    42

这样做很酷。通常，我们在使用了这个特性之后就想在所有的代码里用上它。如果像以下的例子中使用的话还是能够正常运行的：


    bar = [42]
    def foo():
      bar.append(0)
    foo()

    >>> print bar
    [42, 0]

但是，如果我们把bar变一下呢：


    >>> bar = 42
    ... def foo():
    ...   bar = 0
    ... foo()
    ... print bar
    42

我们可以看到foo函数运行的好好的并且没有抛出异常，但是当我们打印bar的值的时候会发现它的值仍然是42。造成这种情况的原因就是 bar=0 这行代码，它没有改变全局变量bar的值，而是创建了一个名字也叫bar的局部变量并且它的值为0。这是个很难发现的bug，这会让没有真正理解Python作用域的新手非常痛苦。为了理解Python是如何处理局部变量和全局变量的，我们来看一种更少见的，但是可能会更让人困惑的错误，我们在打印bar的值后定义一个叫bar这个局部变量：


    bar = 42
    def foo():
      print bar
      bar = 0

这样写应该是不会出错的，不是吗？我们在打印了值之后定义了相同名称的变量，所以这应该是不会影响的（Python毕竟是一种解释型语言），真的是这样吗？

出错了

这怎么可能呢？好吧，这里有两处错误。第一点就是关于Python的，作为一种解释型语言（非常酷，我们都同意这一点），是一行一行地执行的。而事实上，Python是一个声明一个声明执行的。为了让你对我想表达的意思有点感觉，赶紧打开你最爱的shell，然后输入以下代码：


    def foo():

按回车键。正如你看到的，shell里面并没有打出任何输出而是等着让你继续函数的定义。Shell里会一直这样直到你停止定义函数。这是因为定义函数是一个声明。好吧，这是一个混合的声明，里面包含了一些其他的声明，但它仍然是一个声明。直到函数被调用，不然这个函数里的内容是不会执行的。真正执行的是一个function类型的对象被创建出来了。

这引导我们来关注第二点。再强调一下，Python的动态性和解释型的特性让我们相信当 print bar 这行被执行的时候，Python会在首先在局部作用域里寻找叫bar的变量然后再去寻找全局作用域里的。但实际上发生的是局部作用域不是完全动态的。当def 这个声明执行的时候，Python会静态地从这个函数的局部作用域里获取信息。当来到 bar=0 这行的时候（不是执行到这行代码，而是当Python解释器读到这行代码的时候），它会把'bar'这个变量加入到foo函数的局部变量列表里。当foo函数执行并且Python准备执行print bar这行的时候，它就会在局部的作用域里寻找这个变量，由于这个过程是静态的，Python知道这个变量还没有被赋值，这个变量没有值，所以抛出了异常。

你可能会问：为什么不能在声明函数的时候抛出这个异常呢？Python可以知道预先知道bar这个变量在赋值前被引用了。这个问题的答案就是Python无法知道这个局部变量bar是否被赋值了。看看下面的例子：


    bar = 42
    def foo(baz):
      if baz > 0:
        print bar
      bar = 0

Python在动态和静态之间玩了一个微妙的游戏。它唯一知道的事情就是bar是被赋值了，但它不知道在赋值前被引用这个异常是否存在直到它真的发生。好吧，老实说，它根本就不知道这个变量是否被赋值！


    bar = 42
    def foo():
      print bar
      if False:
        bar = 0

    >>> foo()
    Traceback (most recent call last):
     File "<pyshell#17>", line 1, in <module>
      foo()
     File "<pyshell#16>", line 3, in foo
      print bar
    UnboundLocalError: local variable 'bar' referenced before assignment

看到上面的代码里面，虽然我们作为一种智能生物能够很清楚的知道不会给bar赋值。Python无视了那个事实而是仍然声明了bar这个局部变量。

关于这个问题我已经说了够长了。我们需要的是解决方案，我会在这里给出两个解决方法。


    >>> bar = 42
    ... def foo():
    ...   global bar
    ...   print bar
    ...   bar = 0
    ...
    ... foo()
    42
    >>> bar
    0

第一就是使用global关键字。这是不言自明的。这会让Python知道bar是一个全局变量而不是局部变量。

第二个方法，也是更推荐使用的，就是不要使用全局变量。在我的大量Python开发工作中从来没有用到global这个关键字。能知道怎么用它就行了，但最终还是要尽量避免使用它。如果你想保存在代码里至始至终用到的值的时候，把它定义为一个类的属性。用这种方法的话就完全不需要用global了，当你要用这个值的时候，通过类的属性来访问就可以了：


    >>> class Baz(object):
    ...   bar = 42
    ...
    ... def foo():
    ...   print Baz.bar # global
    ...   bar = 0 # local
    ...   Baz.bar = 8 # global
    ...   print bar
    ...
    ... foo()
    ... print Baz.bar
    42
    0
    8