由一个例子到python的名字空间

例子引入

例1

可以正常输出结果: 并且需要注意,在func2使用x变量之前的名字空间就已经有了'x':1.

稍微改一点:如下

例2:

输出就开始报错: 而且在before func2也没有了x.

这两个例子正好涉及到了python里面最核心的内容:名字空间,正好总结一下,然后在解释这几个例子。


名字空间(Namespace)

比如我们定义一个”变量”

所以,这里更准确的叫法应该是名字。 一些语言中比如c,c++,java 变量名是内存地址别名, 而Python 的名字就是一个字符串,它与所指向的目标对象关联构成名字空间里面的一个键值对{name: object},因此可以这么说,python的名字空间就是一个字典.。

分类

python里面有很多名字空间,每个地方都有自己的名字空间,互不干扰,不同空间中的两个相同名字的变量之间没有任何联系一般有4种:LEGB四种

  • locals: 函数内部的名字空间,一般包括函数的局部变量以及形式参数
  • enclosing function: 在嵌套函数中外部函数的名字空间, 对fun2来说, fun1的名字空间就是。
  • globals: 当前的模块空间,模块就是一些py文件。也就是说,globals()类似全局变量。
  • __builtins__: 内置模块空间, 也就是内置变量或者内置函数的名字空间。

当程序引用某个变量的名字时,就会从当前名字空间开始搜索。搜索顺序规则便是: LEGB.

一层一层的查找,找到了之后,便停止搜索,如果最后没有找到,则抛出在NameError的异常。这里暂时先不讨论赋值操作。
比如例1中的a = x + 1 这行代码,需要引用x, 则按照LEGB的顺序查找,locals()也就是func2的名字空间没有,进而开始E,也就是func1,里面有,找到了,停止搜索,还有后续工作,就是把x也加到自己的名字空间,这也是为什么fun2的名字空间里面也有x的原因。

访问方式

其实上面都已经说了,这里暂时简单列一下

  1. 使用locals()访问局部命名空间
  2. 使用globals()访问全局命名空间
    这里有一点需要注意,就是涉及到了from A import B 和import A的一点区别。

输出结果:

从输出结果可以看出globals()包含了定义的函数,变量等。对于'deepcopy': <function deepcopy at 0x7f1c3d6177d0>可以看出deepcopy已经被导入到自己的名字空间了,而不是在copy里面。 而导入的import copy则还保留着自身的名字空间。因此要访问copy的方法,就需要使用copy.function了。这也就是为什么推荐使用import module的原因,因为from A import B这样会把B引入自身的名字空间,容易发生覆盖或者说污染。

生存周期

每个名字空间都有自己的生存周期,如下:

  • __builtins__: 在python解释器启动的时候,便已经创建,直到退出
  • globals: 在模块定义被读入时创建,通常也一直保存到解释器退出。
  • locals : 在函数调用时创建, 直到函数返回,或者抛出异常之后,销毁。 另外递归函数每一次均有自己的名字空间。

看着没有问题,但是有很多地方需要考虑。比如名字空间都是在代码编译时期确定的,而不是执行期间。这个也就可以解释为什么在例1中,before func2:的locals()里面包含了x: 1 这一项。再看下面这个,

肯定会报错的,但是错误不是

而是:

虽然x = 10永远不会执行,但是在执行之前的编译阶段,就会把x作为locals变量,但是后面编译到print的时候,发现没有赋值,因此直接抛出异常,locals()里面便不会有x。这个就跟例子2中,before func2里面没有x是一个道理。

赋值

为什么要把赋值单独列出来呢,因为赋值操作对名字空间的影响很大,而且很多地方需要注意。
核心就是: 赋值修改的是命名空间,而不是对象, 比如:

这个语句就是把a放入到了对应的命名空间, 然后让它指向一个值为10的整数对象。

这个就是把a放入到名字空间,然后指向一个列表对象, 然而后面的a.append(1)这句话只是修改了list的内容,并没有修改它的内存地址。因此
并没有涉及到修改名字空间。
赋值操作有个特点就是: 赋值操作总是在最里层的作用域.也就说,只要编译到了有赋值操作,就会在当前名字空间内新创建一个名字,然后开始才绑定对象。即便该名字已存在于赋值语句发生的上一层作用域中;

总结

分析例子

现在再看例子2, 就清晰多了, x += x 编译到这里时,发现了赋值语句,于是准备把x新加入最内层名字空间也就是func2中,即使上层函数已经存在了; 但是赋值的时候,又要用到x的值, 然后就会报错:

这样看起来好像就是 内部函数只可以读取外部函数的变量,而不能做修改,其实本质还是因为赋值涉及到了新建locals()的名字。
在稍微改一点:

这个结果就是:

咋正确了呢—这不应该要报错吗? 其实不然,就跟上面的a.append(1)是一个道理。
x[0] += x[0] 这个并不是对x的赋值操作。按照LEGB原则, 搜到func1有变量x并且是个list, 然后将其加入到自己的locals(), 后面的x[0] += x[0], 就开始读取x的元素,并没有影响func2的名字空间。另外无论func1func2的名字空间的x 没有什么关系,只不过都是对[1, 2]这个列表对象的一个引用。
这个例子其实也给了我们一个启发,我们知道内部函数无法直接修改外部函数的变量值,如例2,如果借助list的话, 就可以了吧!比如把想要修改的变量塞到一个list里面,然后在内部函数里面做改变!当然python3.x里面有了nonlocal关键字,直接声明一下就可以修改了。看到这里,对作用域理解应该有一点点了吧。

延伸

与闭包的不同

我们都知道闭包是把外部函数的值放到func.func_closure里面,为什么不像上面的例子一样直接放到函数的名字空间呢?
这是因为locals()空间是在函数调用的时候才创建! 而闭包只是返回了一个函数, 并没有调用,也就没有所谓的空间。

locals()与globals()

在最外层的模块空间里locals()就是globals()

另外我们可以手动修改globals()来创建名字

但是locals()在函数里面的话, 貌似是不起作用的,如下:

这是因为解释器会将 locals 名字复制到 一个叫FAST的 区域来优化访问速度,而实际上解释器访问对象时,是从FAST区域里面读取的,而非locals()。所以直接修改locals()并不能影响x(可以使用exec 动态访问,不再细述)。 不过赋值操作,会同时刷新locals()FAST区域。


查了不少资料,说了这么多,我只想说,作为python最核心的东西,名字空间还有很多很多地方需要探究,比如

  • 作用域(scope)与名字空间, 这里只是模糊了二者的区别
  • 面向对象,也就是类的名字空间, 又有不一样的地方。。。

学一点记录一点吧。

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