四、Python作用域、函数及编程范式

（一）全局变量与局部变量

1、作用域Scope

在Python中，作用域是变量、函数和类等对象（Python中一切皆对象）在程序中可被访问的区域。

Python主要有四种作用域：局部作用域（L）、嵌套作用域（E）、全局作用域（G）和内置作用域（B）。

以上四种作用域构成了Python的LEGB规则，用于确定变量的查找顺序，即L->E->G->B。

1.1 局部作用域（L） 

Python中指某个函数或方法内部的作用域，条件控制语句和循环控制语句没有自己的作用域。

在函数或方法内部定义的变量（不包括全局变量和内置函数）具有局部作用域，这些变量在函数或方法外部是不可见的。

每次执行函数时都会创建一个新的命名空间，同一函数不同时间运行其作用域相互独立。

不同函数内部可以使用同一变量名。局部作用域内声明的变量名在函数外也可以使用，但程序运行过程中两者互不干扰。

# 例子：
def l_scope():
    a = "局部作用域中定义的变量，只在本函数作用域中可见，外部不可访问！"
    print(a)

try:
    print(a)
except NameError as e:
    print("外部访问局部作用域定义的变量，报错NameError：", e)
l_scope()

1.2 嵌套作用域（E）

又称封闭作用域，它是嵌套在其他函数中的函数的作用域。

在嵌套函数中使用外部函数的变量时发生。

如果未在局部作用域定义自己的局部变量，可直接引用嵌套函数外部的变量，但不可重新赋值，因为那是在定义自己的局部变量。

可以使用nonlocal关键字来引用嵌套函数外部的变量，这时可对外部变量重新赋值。

# 例1：
def e_scope():
    a = 1
    def l_scope():
        b = a
        print("未定义自己的同名局部变量时，可直接引用外部变量", b) # 1
    l_scope()
    
e_scope()

# 例2：
def e_scope():
    a = 1
    def l_scope():
        a = 3
        print("对外部变量直接重新赋值，实际上是定义了自己的同名局部变量，外部变量的值不受影响", a) # 3
    l_scope()
    print("嵌套函数内对a重新赋值，是定义它自己的局部变量，本作用域内a的值不变", a) # 1

e_scope()

# 例3：
def e_scope():
    a = 1
    def l_scope():
        nonlocal a
        a = 3
        print("通过nonlocal关键字声明a是外部变量，这里是给外部变量a重新赋值", a) # 3
    l_scope()
    print("本作用域的变量a被重新赋值了", a) # 3

e_scope()

1.3 全局作用域（G）

全局作用域是模块级别的作用域。

在模块级别（即不在任何函数或类内部）定义的变量具有全局作用域。

这些变量在整个模块内部都是可见的。

局部作用域未定义自己的同名局部变量，可直接引用外部变量（如嵌套作用域找不到，即找全部变量），但不可重新赋值，因为是定义了自己的同名局部变量。

如想引用并改变全局变量，可使用global关键字。 

# 例1：
g_a = 1
def l_scope():
    b = g_a
    print("未定义自己的同名局部变量时，可直接引用外部变量(这里是全局变量)", b) # 1

l_scope()

# 例2：
def l_scope():
    g_a = 3
    print("对外部变量（这里是全局变量）直接重新赋值，实际上是定义了自己的同名局部变量，外部变量的值不受影响", g_a) # 3

l_scope()
print("局部作用域内直接对g_a重新赋值，是定义它自己的局部变量，全局变量g_a的值不变", g_a) # 1

# 例3：
def l_scope():
    global g_a
    g_a = 3
    print("通过global关键字声明g_a是全局变量，这里是给全局变量g_a重新赋值", g_a) # 3

l_scope()
print("全局变量g_a重新赋值了", g_a) # 3

1.4 内置作用域（B）

Python内置函数和异常的作用域。

Python内置函数（如len()，print()等）和异常（如ValueError，TypeError等）都属于内置作用域。

在程序的任何地方都可以使用内置作用域中的变量，因为它们随着解释器的存在或消亡而自动加载。

定义变量、函数、类等，避免与内置关键字同名。

2、全局变量

程序一开始定义，没有任何缩进的变量，全局生效。 

全局变量名都用大写字母。

3、局部变量

子程序中定义的变量，只在作用域内生效 。

局部变量名都用小写字母。

全局变量与局部变量重名，就近原则，当前作用域找不到再往上一层找，直至最外层的全局变量，再找不到就报错，局部作用域定义的局部变量不会影响全局变量。

局部作用域无法对全局变量重新赋值，因为是定义了同名的局部变量，用global声明为全局变量才能重新赋值。

声明全局变量：global 变量名。

申明是上一层变量：nonlocal 变量名。

这种情况会报错：

        name=1
        global name

修正：

        global name
        name=1

4、查找顺序（LEGB规则） 

在函数内部，查找一个变量，首先查找局部作用域（L），如果未找到，Python会依次检查嵌套作用域（E）、全局作用域（G）和内置作用域（B），直到找到为止。如果在所有作用域中都找不到该变量，则会引发NameError异常。

（二）函数

逻辑结构化和过程化的一种编程方法。 

风湿理论之函数即变量（前向引用）：解释器读取到函数定义时，进行编译，将函数体当成字符串存放到内存，函数名指向这个内存。

print（函数名）：输出函数的内存地址。

函数的优点：代码重用、保持一致性，易维护、可扩展性。

过程：没有返回值的函数，Python中过程也是函数，因为不定义返回值，Python也会自动返回一个None。

1、函数定义

def 函数名(形参列表):
      ”’
      注释：文档描述
      ”’
      函数体
      return 返回值   # 不论有几个return，只要执行一个return就退出函数，如果return 多个值：返回一个元组。

1.1 函数名

是一个内存地址，符合标识符命名规则，不与关键字和内置变量等重名即可。 

1.2 形参列表

形参是定义时函数名后（）里的参数，也是变量，多个形参用逗号分隔。

函数被调用时才给形参分配内存单元，调用结束，即刻释放分配的内存，只在函数内部有效，外部不能使用。

1.3 返回值

函数返回给调用方的值，用return关键字返回。

函数遇到一个return就结束了。

可以return 多个值，用逗号分隔，返回一个元组。

1.4 实参列表

调用函数时，写在函数名后（）里的参数，用以给形参传值。

可以是常量、变量、表达式、函数等。

在进行函数调用时，实参必须有确定的值。 

1.5 位置参数

实参只是单独上送一个变量名或常量，必须按顺序与形参一一对应。 

def wc(a, b):
    print(a+b)  # a=3，b=4

a = 3
wc(a, 4)  # 位置参数

1.6 关键字参数

实参上送形参变量名=值，可以不用按顺序上送，但数量必须相同，关键字参数必须在位置参数后面，同一个参数不能传两个值。

def gc(a, b, c):
    print(a, b, c)  # 1 3 2

b=3
gc(1, c=2, b=b)  # a是位置参数，b和c是关键字参数

1.7 默认参数

形参变量名=默认值，实参可以不上送，取默认值。 

def mc(a, b, c=8):  # c是默认参数，不上送实参就是默认值
    print(a, b, c)

a = 1
b = 2
mc(a, b=b)  # 1 2 8
mc(a=b, c=10, b=a)  # 2 1 10

1.8 参数组 

非固定长度的参数

*args：没有普通形参接收的一个或多个位置实参打包成元组传送给形参args，解包元组/列表用*args，*字典只能得到key。

**kwargs：没有普通形参接收的一个或多个关键字实

作者：weixin_45460686