Python中的作用域规则详解

Python是静态作用域语言，尽管它自身是一个动态语言。也就是说，在Python中变量的作用域是由它在源代码中的位置决定的，这与C有些相似，但是Python与C在作用域方面的差异还是非常明显的。

接下来会谈论Python的作用域规则，在这中间也会说明一下Python与C在作用域方面的不同。

在Python 2.0及之前的版本中，Python只支持3种作用域，即局部作用域，全局作用域，内置作用域；在Python 2.2中，Python正式引入了一种新的作用域 --- 嵌套作用域；在Python 2.1中，嵌套作用域可以作为一个选项被开启；嵌套作用域的引入，本质上为Python实现了对闭包的支持，关于闭包的知识，网上有很多解释，这里就不详细展开了。相应地，变量查找顺序由之前的LGB变成LEGB（L：Local，E：Enclosing，G：Global，B：Built-in）。

在Python中，并不是任何代码块都能引入新的作用域，这与C有很大的不同：

#include<stdio.h>
int main() {
    if(2 > 0) {
        int i = 0;
    }
    printf("i = ％d", i);
    return 0;
}

在这段代码中，if子句引入了一个局部作用域，变量i就存在于这个局部作用域中，但对外不可见，因此，接下来在printf函数中对变量i的引用会引发编译错误。

但是，在Python中却并非如此：

if True:
    i = 0
print i

 在这段代码中，if子句并没有引入一个局部作用域，变量i仍然处在全局作用域中，因此，变量i对于接下来的print语句是可见的。

实际上，在Python中，只有模块，类以及函数才会引入新的作用域，其它的代码块是不会引入新的作用域的。

在Python中，使用一个变量之前不必预先声明它，但是在真正使用它之前，它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。

def f():
    print i
f()

运行结果将显示：NameError: global name 'i' is not defined。Python首先在函数f的本地作用域中查找变量i，查找失败，接着在全局作用域和内置作用域中查找变量i，仍然失败，最终抛出NameError异常。

i = 0
def f():
    i = 8
    print i
f()
print i

运行结果显示：8和0。i = 8是一个名字绑定操作，它在函数f的局部作用域中引入了新的变量i，屏蔽了全局变量i，因此f内部的print语句看到的是局部变量i，f外部的print语句看到的是全局变量i。

i = 0
def f():
    print i
    i = 0
f()

运行结果显示：UnboundLocalError: local variable 'i' referenced before assignment。在这个例子当中，函数f中的变量i是局部变量，但是在print语句使用它的时候，它还未被绑定到任何对象之上，所以抛出异常。

print i
i = 0

不论是以交互的方式运行，还是以脚本文件的方式运行，结果都显示：NameError: name 'i' is not defined。这里的输出结果又与上一个例子不同，这是因为它在顶级作用域（模块作用域）的缘故。对于模块代码而言，代码在执行之前，没有经过什么预处理，但是对于函数体而言，代码在运行之前已经经过了一个预处理，因此不论名字绑定发生在作用域的那个位置，它都能感知出来。Python虽然是一个静态作用域语言，但是名字查找确实动态发生的，因此直到运行的时候，才会发现名字方面的问题。

在Python中，名字绑定在所属作用域中引入新的变量，同时绑定到一个对象。名字绑定发生在以下几种情况之下：

1.参数声明：参数声明在函数的局部作用域中引入新的变量；
2.赋值操作：对一个变量进行初次赋值会在当前作用域中引入新的变量，后续赋值操作则会重新绑定该变量；
3.类和函数定义：类和函数定义将类名和函数名作为变量引入当前作用域，类体和函数体将形成另外一个作用域；
4.import语句：import语句在当前作用域中引入新的变量，一般是在全局作用域；
5.for语句：for语句在当前作用域中引入新的变量（循环变量）；
6.except语句：except语句在当前作用域中引入新的变量（异常对象）。

在Python中，类定义所引入的作用域对于成员函数是不可见的，这与C++或者Java是很不同的，因此在Python中，成员函数想要引用类体定义的变量，必须通过self或者类名来引用它。

嵌套作用域的加入，会导致一些代码编译不过或者得到不同的运行结果，在这里Python解释器会帮助你识别这些可能引起问题的地方，给出警告。

locals函数返回所有的局部变量，但是不会返回嵌套作用域中的变量，实际上没有函数会返回嵌套作用域中的变量。