在Python中，命名空间和作用域是两个密切相关的概念，它们帮助Python解释器管理变量、函数和其他对象的可见性和生命周期。理解这些概念对于编写清晰、可维护的Python代码至关重要。

命名空间

命名空间(Namespace)是从名称到对象的映射，大部分的命名空间都是通过 Python 字典来实现的。

命名空间提供了在项目中避免名字冲突的一种方法。各个命名空间是独立的，没有任何关系的，所以一个命名空间中不能有重名，但不同的命名空间是可以重名而没有任何影响。

一般有三种命名空间：

  • 内置名称（built-in names）：Python语言内置的名称，比如函数名abs、char和异常名称BaseException、Exception 等等。
  • 全局名称（global names）：模块中定义的名称，记录了模块的变量，包括函数、类、其它导入的模块、模块级的变量和常量。
  • 局部名称（local names）：函数中定义的名称，记录了函数的变量，包括函数的参数和局部定义的变量。（类中定义的也是）

【python】命名空间与作用域_python

命名空间查找顺序：假设我们要使用变量a，则查找顺序为：局部的命名空间 -> 全局命名空间 -> 内置命名空间。如果找不到变量a，它将放弃查找并引发一个NameError异常。

命名空间的生命周期：命名空间的生命周期取决于对象的作用域，如果对象执行完成，则该命名空间的生命周期就结束。因此，我们无法从外部命名空间访问内部命名空间的对象。

作用域

作用域就是一个Python程序可以直接访问命名空间的正文区域。

在一个Python程序中，直接访问一个变量，会从内到外依次访问所有的作用域直到找到，否则会报未定义的错误。

Python中，程序的变量并不是在哪个位置都可以访问的，访问权限决定于这个变量是在哪里赋值的。

变量的作用域决定了在哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。

Python的作用域一共有4种，分别是：

  • L（Local）：最内层，包含局部变量，比如一个函数/方法内部。
  • E（Enclosing）：包含了非局部(non-local)也非全局(non-global)的变量。比如两个嵌套函数，一个函数（或类）A里面又包含了一个函数B，那么对于B中的名称来说A中的作用域就为nonlocal。
  • G（Global）：当前脚本的最外层，比如当前模块的全局变量。
  • B（Built-in）：包含了内建的变量/关键字等，最后被搜索。

规则顺序：L –> E –> G –> B。

在局部找不到，便会去局部外的局部找（例如闭包），再找不到就会去全局找，再者去内置中找。

Python中只有模块（module），类（class）以及函数（def、lambda）才会引入新的作用域，其它的代码块（如 if/elif/else/、try/except、for/while等）是不会引入新的作用域的，也就是说这些语句内定义的变量，外部也可以访问。

示例

下面是一个示例，展示了不同作用域和命名空间的使用：

# 全局命名空间
x = 10

def outer_function():
    # 嵌套作用域（在这个例子中未直接使用）
    # y = 20

    def inner_function():
        # 局部作用域
        x = 20
        print("Inside inner_function, x =", x)  # 输出 20
        print("Inside inner_function, global x =", globals()['x'])  # 输出 10

    inner_function()

    # 访问全局作用域的x
    print(x) # 输出 10

    print("Inside outer_function, global x =", globals()['x'])  # 输出 10


print("Global scope, x =", x)  # 输出 10
outer_function()
print("Global scope, x =", x)  # 输出 10

查询python内置作用域

内置作用域是通过一个名为 builtin 的标准模块来实现的，但是这个变量名自身并没有放入内置作用域内，所以必须导入这个文件才能够使用它。

在Python3.0中，可以使用以下的代码来查看到底预定义了哪些变量:

>>> import builtins

>>> dir(builtins)
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException', 'BaseExceptionGroup', 'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferError', 'Byt
esWarning', 'ChildProcessError', 'ConnectionAbortedError', 'ConnectionError', 'ConnectionRefusedError', 'ConnectionResetError', 'DeprecationWarning', 'E
OFError', 'Ellipsis', 'EncodingWarning', 'EnvironmentError', 'Exception', 'ExceptionGroup', 'False', 'FileExistsError', 'FileNotFoundError', 'FloatingPo
intError', 'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError', 'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'InterruptedError', 'IsADirect
oryError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'LookupError', 'MemoryError', 'ModuleNotFoundError', 'NameError', 'None', 'NotADirectoryError', 'NotImplemen
ted', 'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError', 'PendingDeprecationWarning', 'PermissionError', 'ProcessLookupError', 'RecursionError', 'Refere
nceError', 'ResourceWarning', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning', 'StopAsyncIteration', 'StopIteration', 'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError', 'S
ystemExit', 'TabError', 'TimeoutError', 'True', 'TypeError', 'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError', 'UnicodeTr
anslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning', 'ValueError', 'Warning', 'WindowsError', 'ZeroDivisionError', '__build_class__', '__debug__', '__doc__',
 '__import__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'abs', 'aiter', 'all', 'anext', 'any', 'ascii', 'bin', 'bool', 'breakpoint', 'bytear
ray', 'bytes', 'callable', 'chr', 'classmethod', 'compile', 'complex', 'copyright', 'credits', 'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod', 'enumerate', 'eval',
'exec', 'exit', 'filter', 'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr', 'hash', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'isinstance', 'i
ssubclass', 'iter', 'len', 'license', 'list', 'locals', 'map', 'max', 'memoryview', 'min', 'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print', 'prop
erty', 'quit', 'range', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'vars'
, 'zip']

全局变量和局部变量

定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，定义在函数外的拥有全局作用域。

局部变量只能在其被声明的函数内部访问，而全局变量可以在整个程序范围内访问。调用函数时，所有在函数内声明的变量名称都将被加入到作用域中。

如下实例：

total = 0  # 这是一个全局变量

def sum(arg1, arg2):
    """
    返回2个参数的和
    :param arg1: 加数
    :param arg2: 被加数
    :return: 和
    """
    total = arg1 + arg2  # total在这里是局部变量.
    print("函数内是局部变量 : ", total) # 30
    return total

# 调用sum函数
sum(10, 20)
print("函数外是全局变量 : ", total) # 0

global和nonlocal关键字

当内部作用域想修改外部作用域的变量时，就要用到global和nonlocal关键字了。

以下实例修改全局变量total：

total = 0  # 这是一个全局变量

def sum(arg1, arg2):
    global total # 声明total是全局变量
    total = arg1 + arg2

# 调用sum函数
sum(10, 20)
print("函数外是全局变量 : ", total) # 30

如果要修改嵌套作用域（enclosing作用域，外层非全局作用域）中的变量则需要nonlocal关键字了，如下实例：

def outer():
    total = 0
    def inner(arg1, arg2):
        nonlocal total
        total = arg1 + arg2
    inner(10, 20)
    print(total) # 30

outer()