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Python 之 名称空间与作用域

栈区与堆区的关系

在Python中，变量名与内存地址的映射关系存储在栈区中，而实际值的存储位置则位于堆区。栈区用于记录变量名到内存地址的映射关系，堆区则存储变量的实际值。

一、名称空间

起步

名称空间是什么？

名称空间是存储变量名与对象绑定关系的地方。简单来说，名称空间相当于一个大字典，记录了变量名对应的内存地址。名称空间是虚拟概念，实际存储在栈区中。

核心概念

名称空间是否具有包含关系？

名称空间之间本质上是没有包含关系的。每个名称空间都是独立的，互不干扰。例如，内置名称空间、全局名称空间和局部名称空间各自独立。

为什么需要名称空间？

名称空间的主要作用是允许多个变量名共存，不互相干扰。通过名称空间，Python可以在不同作用域中使用相同的变量名，而不导致命名冲突。

查找顺序

在查找变量时，Python遵循以下优先级：

局部名称空间

全局名称空间

内置名称空间

三种名称空间的个数规定：

• 内置名称空间和全局名称空间各只有一个。
• 局部名称空间可以有多个。

二、名称空间的分类

1. 内置名称空间

内置名称空间存储了Python解释器内置的函数和变量。

例如：len 是内置函数，print 也是内置函数。内置名称空间的存活周期与解释器一致，解释器关闭则销毁。

2. 全局名称空间

全局名称空间存储了文件级别的变量。

例如：x = 1 定义在全局名称空间中。全局名称空间的存活周期与文件执行期间一致。

3. 局部名称空间

局部名称空间存储了函数内部定义的变量。

例如：def func():x = 222func()在调用函数时，局部名称空间临时生效，函数调用结束后则失效。

三、名称空间的关系

名称空间的加载顺序是：

内置名称空间

全局名称空间

局部名称空间

名称空间的销毁顺序是：

局部名称空间

全局名称空间

内置名称空间

名称空间的查找优先级是：

在当前作用域内，先检查局部名称空间，再依次向上查找全局名称空间和内置名称空间。

四、作用域

全局作用域

全局作用域包含全局名称空间和内置名称空间。全局变量的生效范围是整个程序生命周期。

局部作用域

局部作用域包含局部名称空间。局部变量的生效范围仅限于函数调用期间。

全局与局部的互动

局部作用域可以引用全局作用域的变量，但无法修改其值。例如：

x = 10def func():print(x)func()

输出结果会是 10，因为局部作用域无法修改全局变量。

五、global与nonlocal关键字

global关键字

global 关键字用于声明一个变量属于全局作用域。它只能用于局部名称空间中，且只能用于不可变类型的变量。

使用场景：

x = 1def func():global xx = 2func()

全局变量会被修改。

nonlocal关键字

nonlocal 关键字用于在函数嵌套中修改外层函数的局部变量。它只能用于局部名称空间中的函数嵌套。

使用场景：

x = 111def f1():x = 222def f2():nonlocal xx = 333f2()

f2() 调用会修改 f1() 中的 x。

注意事项

• nonlocal 关键字只能在函数嵌套中使用，第一层函数无法使用。
• 语句中列出的名称不得与局部作用域中的变量名冲突。

总结与实战技巧

• 三个名称空间的查找顺序是 LEGB（Local > Enclosed > Global > Built-in）。
• 全局变量与局部变量的互动需要正确使用 global 和 nonlocal 关键字。
• 在处理可变类型时，应避免直接修改全局变量，使用内置方法进行操作。