Python中的全局空间和局部空间怎么定义和使用

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    一、空间和局部空间

    1、命名空间

    命名空间的概念的提出是为了划分和控制变量是否可见,以及生存周期的长短;命名空间的作用范围叫做作用域。
    划分一块区域保存所有数据,以字典的方式存储(变量与值形成映射关系)。一共三种。

    内建命名空间:
    解释器启动时创建,直到解释器运行结束,生存周期最长;
    全局命名空间:
    文件运行时创建,直到解释器运行结束,生存周期较长;
    局部命名空间:
    数调用时,里面的局部变量才创建,调用结束后即释放,生存周期较短;
    创建和销毁顺序
    创建顺序:
    python解释器启动->创建内建命名空间->创建全局命名空间->创建局部命名空间
    销毁顺序:
    函数调用结束后->销毁函数对应的局部命名空间数据->销毁全局命名空间数据->销毁内建命名空间数据

    2、全局变量和局部变量

    什么是全局和局部变量:

    局部变量就是在函数内部定义的变量,局部变量所在的就是局部命名空间,作用域仅仅在函数内部可见,也就是说只能在函数内部使用。

    # 在函数中创建的变量就是局部变量
    def func():
       var = '局部变量'
    
    # 局部变量不可以在非对应局部环境中使用
    print(var)  # error, 该变量不存在

    全局变量就是在函数外部定义的或者使用global在函数内部定义的变量,全局变量所在的命名空间就是全局命名空间,作用域横跨整个文件,就是说在整个文件中的任何一个地方都可以使用全局变量。

    # 在全局环境中创建的变量就是全局变量
    var = '全局变量'
    
    def func():
        # 在局部中也可以使用全局变量
        print(var)  # 全局变量
    
    func()

    局部变量最好不要和全局变量同名,如果同名,在局部环境中就无法使用全局变量了。

    var = '全局变量'
    
    def func():
        # 先使用了全局变量
        print(var)  # error, 找不到该变量
            # 然后局部变量和全局变量同名,那么新的局部变量就会在局部空间中覆盖了全局变量的一切影响力,这就叫做局部变量修改了全局变量;
        # 这样的话导致在局部空间中无法在使用该全局变量,之前在局部空间中使用的该变量就成为了先调用后定义;导致出错。
        var = '局部变量'
        print(var)
    
    func()
    
    # 但是局部同名变量不会影响到全局变量的值
    print(var)  # 全局变量

    内置函数就是内建命名空间,指的是那些python中自带的、内置的函数。

    3、作用域

    局部变量作用域:在函数的内部
    全局变量作用域:横跨整个文件

    4、生命周期

    内置变量 -> 全局变量 -> 局部变量
    内置变量自python程序运行的时候开始,一直等到python程序结束之后才会释放;
    全局变量自创建开始,一直到程序结束或者被清除才会释放;
    局部变量字创建开始,一直到局部空间执行结束或者清除就会释放;

    5、全局部函数和关键字的使用

    函数

    Python中的全局空间和局部空间怎么定义和使用

    globals()

    返回所有的全局作用域中的内容。
    如果在全局,调用globals之后,获取的是打印之前的所有变量,返回字典,全局空间作用域;

    # 定义一些全局变量
    a, b, c = 1, 2, 3
    
    # 调用globals函数
    res = globals()
    
    # 第一次打印,包含a b c
    print(res)
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
    '''
    
    
    # 再定义一些变量
    d, e, f = 1, 2, 3
    
    # 第二次打印,包含a b c d e f
    print(res)
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
    '''

    如果在局部,调用globals之后,获取的是调用之前的所用变量,返回字典,全局空间作用域;

    # 定义一些全局变量
    a, b, c = 1, 2, 3
    
    
    # 在局部环境中使用globals函数
    def func():
        res = globals()
        print(res)
    
    
    # 调用函数
    func()
    '''
    结果:不包含 d e f
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001E7C287D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': }
    '''
    
    
    # 再定义一些全局变量
    d, e, f = 4, 5, 6
    
    # 第二次调用函数
    func()
    '''
    结果:包含 d e f
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000021A3F3DD198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': , 'd': 4, 'e': 5, 'f': 6}
    '''

    globals可以动态创建全局变量

    dic = globals()
    
    print(dic)  # 返回系统的字典
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000026F357ED198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}}
    '''
    
    
    # 在全局的字典当中,通过添加键值对,自动创建全局变量,对应的键是变量名,对应的值是变量指向的值
    dic['msr123123123'] = '123456'
    
    print(msr123123123) # 123456
    
    # 查看全局内容
    print(dic)
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000161D944D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}, 'msr123123123': '123456'}
    '''

    locals()

    返回当前所在作用域的所有内容。
    如果在全局,调用locals之后,获取的是打印之前的所有变量,返回字典,全局空间作用域;

    # 定义一些全局变量
    a, b, c = 1, 2, 3
    
    # 调用locals函数
    res = locals()
    
    # 第一次打印,包含a b c
    print(res)
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
    '''
    
    
    # 再定义一些变量
    d, e, f = 1, 2, 3
    
    # 第二次打印,包含a b c d e f
    print(res)
    '''
    结果:
    {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': , '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
    '''

    如果在局部,调用locals之后,获取的是调用之前的所有变量,返回字典,局部空间作用域;

    # 定义一些局部变量
    def func():
       # 局部变量
       aa, bb, cc = 11, 22, 33
    
       # 第一遍调用
       res = locals()
    
       # 第一次打印,包含 aa bb cc
       print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}
    
       # 再定义一些局部变量
       dd, ee, ff = 44, 55, 66
    
       # 第二次打印,不包含 dd ee ff
       print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}
    
       # 调用第二遍
       res2 = locals()
    
       # 打印第一次的调用,包含 dd ee ff
       print(res)  # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
       
       # 打印第二次的调用,包含 dd ee ff
       print(res2) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
    
    # 调用函数,返回在函数中的局部变量
    func()

    关键字

    Python中的全局空间和局部空间怎么定义和使用

    global

    在局部环境中创建的变量是局部变量,在全局环境中是不可以使用的。但是使用global定义的变量就是一个全局变量,这个变量可以全局环境中使用。

    def func():
        var = '局部变量'
    
        global glvar
        glvar = '全局变量'
    
    # 一定要执行局部环境哟
    func()
    
    # 全局环境中
    print(var)  # error,局部变量不能调用
    # 使用global定义的变量是全局变量
    print(glvar)    # 全局变量

    在局部环境中无法修改全局变量的值,使用global可以在局部环境中修改全局变量。

    var = '全局变量'
    
    def func():
        global var
        var = '局部环境中修改'
    
    func()
    
    print(var)  # 局部环境中修改
    6、函数的嵌套

    在学习nonlocal之前我们需要先学习一些关于函数嵌套的知识。

    内函数和外函数

    函数之间是可以互相嵌套的,外层的叫做外函数,内层的叫做内函数。

    def outer():
        print('我叫outer,是外函数')
    
        def inner():
            print('我叫inner,在outer的里面,是内函数')
    
        # 在外函数中执行内函数
        inner()
    
    
    # 执行外函数
    outer()
    
    '''
    结果:
    我叫outer,是外函数
    我叫inner,在outer的里面,是内函数
    '''
    • 内函数不可以直接在外函数外执行调用

    • 调用外函数后,内函数也不可以在函数外部调用

    • 内函数只可以在外函数的内部调用

    • 内函数在外函数内部调用时,有先后顺序,必须先定义在调用,因为python没有预读机制,这个预读机制适用于python中的所有场景。

    # 外层是outer,内层是inner,最里层是smaller,调用smaller里的所有代码
    def outer():
        print('我叫outer,是最外层函数,是inner和smaller的外函数')
    
        def inner():
            print('我叫inner,是outer的内函数,是smaller的外函数')
    
            def smaller():
                print('我叫smaller,是outer和inner的内函数')
    
            # 先在inner中执行smaller
            smaller()
    
        # 然后在outer中执行inner
        inner()
    
    # 最后再执行outer才能执行smaller函数
    outer()
    
    '''
    结果:
    我叫outer,是最外层函数,是inner和smaller的外函数
    我叫inner,是outer的内函数,是smaller的外函数
    我叫smaller,是outer和inner的内函数
    '''

    我们在多个函数嵌套的时候要注意,不管外函数还是内函数,都是函数,只要是函数中的变量都是局部变量。
    内涵可以使用外函数的局部变量,外函数不能直接使用内函数的局部变量。

    二、LEGB原则

    LEGB原则就是一个就近找变量原则,依据就近原则,从下往上,从里向外,依次寻找。

    B————Builtin(Python):Python内置模块的命名空间    (内建作用域)
    G————Global(module):函数外部所在的命名空间        (全局作用域)
    E————Enclosing Function Locals:外部嵌套函数的作用域(嵌套作用域)
    L————Local(Function):当前函数内的作用域           (局部作用域)

    Python中的全局空间和局部空间怎么定义和使用

    nonlocal

    现在我们正式学习nonlocal关键字,nonlocal的作用是修改当前局部环境中上一层的局部变量。那么我们根据这个作用便知道了nonlocal的使用环境至少是一个二级的嵌套环境,且外层的局部环境中必须存在一个局部变量。

    def outer():
        # 定义变量
        lvar = 'outer var'
    
        def inner():
            # 内函数使用nonlocal修改上一层的局部变量
            nonlocal lvar
            lvar = 'inner var'
    
        # 执行inner函数
        inner()
        print(lvar)
    
    outer() # inner var

    假如上一层的局部环境中没有这个变量怎么办,那么就根据LEGB原则向上寻找。

    def outer():
        # 定义变量
        lvar = 'outer var'
    
        def inner():
            
            def smaller():
                
                # smaller中修改变量,但是inner中没有,就向上寻找修改outer中的变量
                nonlocal lvar
                lvar = 'smaller var'
    
            # 执行 smaller函数
            smaller()
    
        # 执行inner函数
        inner()
        print(lvar)
    
    # 执行outer函数
    outer()

    如果层层寻找,直到最外层的函数中也没有这个变量,那么就会报错,因为nonlocal只会修改局部变量,如果超出范围,就会报错。

    var = 1  # 变量在最外层的函数之外,也就是全局变量,nonlocal无法修改
    
    def outer():
    
       def inner():
    
          def smaller():
    
             nonlocal var    # error,没有局部变量
             var = 2
             print(var)
    
          smaller()
    
       inner()
    
    outer()

    三、总结

    全局变量和局部变量

    局部环境中可以调用全局变量,但是不能修改(但是如果全局变量是可变数据则可以修改其中的值)
    全局环境中不能调用局部变量 也不能修改

    函数
    global()
    (在函数内部使用,可以对全局变量进行操作)

    • 1、可以在局部环境中定义全局变量

    • 2、可以在局部环境中修改全局变量

    nonlocal()
    (在内函数中使用,可以在内函数中修改外函数中的局部变量)

    关键字:

    locals
    1、locals获取当前作用域当中所有的变量
    如果在全局调用locals之后,获取的是打印之前的所有变量,返回字典,全局作用域
    如果在局部调用loclas之后,获取的是调用之前的所有变量,返回字典,局部作用域

    globals
    2、globals只获取全局空间中的所有变量
    如果在全局调用globals之后,获取的是打印之前的所用变量,返回字典,全局作用域
    如果在局部调用globals之后,获取的是调用之前的所用变量,返回字典,全局作用域

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