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Python变量作用域(全局变量和局部变量)

在程序中定义一个变量时,这个变量是有作用范围的,变量的作用范围被称为它的作用域。换句话说,变量的作用域指的是程序代码能够访问该变量的区域,如果超过该区域,将无法访问该变量。

根据定义变量的位置(有效范围),可以将变量分为局部变量全局变量

Python局部变量

局部变量是指在函数内部定义并使用的变量,它只在函数内部有效。

每个函数在执行时,系统都会为该函数分配一块“临时内存空间”,所有的局部变量都被保存在这块临时内存空间内。当函数执行完成后,这块内存空间就被释放了,这些局部变量也就失效了,因此离开函数之后就不能再访问局部变量了,否则解释器会抛出 NameError 错误。

例如:
def text():
    demo = 'C语言中文网'
    print(demo)
text()
#此处获取局部变量值会引发错误
print('局部变量 demo 的值为:',demo)
运行结果为:

C语言中文网
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\mengma\Desktop\1.py", line 5, in <module>
    print('局部变量 demo 的值为:',demo)
NameError: name 'demo' is not defined

Python全局变量

和局部变量相对应,全局变量指的是能作用于函数内外的变量,即全局变量既可以在各个函数的外部使用,也可以在各函数内部使用。

定义全局变量的方式有以下 2 种:
  • 在函数体外定义的变量,一定是全局变量,例如:
    demo = "C语言中文网"
    def text():
        print("函数体内访问:",demo)
    text()
    print('函数体外访问:',demo)
    运行结果为:

    函数体内访问: C语言中文网
    函数体外访问: C语言中文网

  • 在函数体内定义全局变量。即使用 global 关键字对变量进行修饰后,该变量就会变为全局变量。例如:
    def text():
        global demo
        demo = "C语言中文网"
        print("函数体内访问:",demo)
    text()
    print('函数体外访问:',demo)
    运行结果为:

    函数体内访问: C语言中文网
    函数体外访问: C语言中文网

    注意,在使用 global 关键字修饰变量名时,不能直接给变量赋初值,否则会引发语法错误。

获取指定作用域范围中的变量

不管是在函数的局部范围内还是在全局范围内,都可能存在多个变量,每个变量“持有”该变量的值。从这个角度来看,不管是局部范围还是全局范围,这些变量和它们的值就像一个“看不见”的字典,其中变量名就是字典的 key,变量值就是字典的 value。实际上,Python 提供了如下三个工具函数来获取指定范围内的“变量字典”:
  1. globals():该函数返回全局范围内所有变量组成的“变量字典”。
  2. locals():该函数返回当前局部范围内所有变量组成的“变量字典”。
  3. vars(object):获取在指定对象范围内所有变量组成的“变量字典”。如果不传入object 参数,vars() 和 locals() 的作用完全相同。

globals() 和 locals() 看似完全不同,但它们实际上也是有联系的,关于这两个函数的区别和联系大致有以下两点:
  • locals() 总是获取当前局部范围内所有变量组成的“变量字典”,因此,如果在全局范围内(在函数之外)调用 locals() 函数,同样会获取全局范围内所有变量组成的“变量字典”;而 globals() 无论在哪里执行,总是获取全局范围内所有变量组成的“变量字典”。
  • 一般来说,使用 locals() 和 globals() 获取的“变量字典”只应该被访问,不应该被修改。但实际上,不管是使用 globals() 还是使用 locals() 获取的全局范围内的“变量字典”,都可以被修改,而这种修改会真正改变全局变量本身:但通过 locals() 获取的局部范围内的“变量字典”,即使对它修改也不会影响局部变量。

下面程序示范了如何使用 locals()、globals() 函数访问局部范围和全局范围内的“变量字典”:
def test ():
    age = 20
    # 直接访问age局部变量
    print(age) # 输出20
    # 访问函数局部范围的“变量数组”
    print(locals()) # {'age': 20}
    # 通过函数局部范围的“变量数组”访问age变量
    print(locals()['age']) # 20
    # 通过locals函数局部范围的“变量数组”改变age变量的值
    locals()['age'] = 12
    # 再次访问age变量的值
    print('xxx', age) # 依然输出20
    # 通过globals函数修改x全局变量
    globals()['x'] = 19
x = 5
y = 20
print(globals()) # {..., 'x': 5, 'y': 20}
# 在全局访问内使用locals函数,访问的是全局变量的“变量数组”
print(locals()) # {..., 'x': 5, 'y': 20}
# 直接访问x全局变量
print(x) # 5
# 通过全局变量的“变量数组”访问x全局变量
print(globals()['x']) # 5
# 通过全局变量的“变量数组”对x全局变量赋值
globals()['x'] = 39
print(x) # 输出39
# 在全局范围内使用locals函数对x全局变量赋值
locals()['x'] = 99
print(x) # 输出99
从上面程序可以清楚地看出,locals() 函数用于访问特定范围内的所有变量组成的“变量字典”,而 globals() 函数则用于访问全局范围内的全局变量组成的“变量字典”。

在使用 globals() 或 locals() 访问全局变量的“变量字典”时,将会看到程序输出的“变量字典”默认包含了很多变量,这些都是 Python 主程序内置的,读者暂时不用理会它们。

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