5.1 Python3 命名空间和作用域

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。

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目录

1. 命名空间(Namespace)

1.1 命名空间的类型

1.2 命名空间的访问顺序

2. 作用域(Scope)

2.1 作用域类型

2.2 作用域相关关键字

3. 命名空间与作用域的重要特性

4. 示例代码

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1. 命名空间(Namespace)

命名空间是变量名到对象的映射，Python 使用命名空间来组织变量名，避免命名冲突。

1.1 命名空间的类型

1. 内置命名空间(Built-in Namespace):

   • 包含 Python 内置函数和异常名称

   • 在解释器启动时创建，程序退出时销毁

   • 如 print(), len(), TypeError 等

2. 全局命名空间(Global Namespace):

   • 包含模块级别定义的名称

   • 在模块被导入时创建，通常持续到解释器退出

   • 包括模块中定义的函数、类、变量等

3. 局部命名空间(Local Namespace):

   • 包含函数内部定义的名称

   • 在函数调用时创建，函数返回或抛出异常时销毁

   • 包括函数的参数和局部变量

1.2 命名空间的访问顺序

Python 使用 LEGB 规则查找名称：

1. Local - 当前函数/方法内部

2. Enclosing - 闭包函数外围

3. Global - 模块级别

4. Built-in - 内置名称

x = 'global x'

def outer():
    x = 'outer x'
    
    def inner():
        x = 'inner x'
        print(x)  # 输出 'inner x' (Local)
    
    inner()
    print(x)  # 输出 'outer x' (Enclosing)

outer()
print(x)  # 输出 'global x' (Global)
print(len)  # 输出 <built-in function len> (Built-in)

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2. 作用域(Scope)

作用域是命名空间可直接访问的代码区域，决定了变量的可见性。

2.1 作用域类型

1. 局部作用域(Local Scope):

   • 在函数内部

   • 只能访问局部变量

2. 闭包作用域(Enclosing Scope):

   • 对于嵌套函数，外部函数的作用域

   • 使用 nonlocal 关键字修改

3. 全局作用域(Global Scope):

   • 模块级别

   • 使用 global 关键字在函数内修改全局变量

4. 内置作用域(Built-in Scope):

   • 最外层，包含内置名称

2.2 作用域相关关键字

1. global:

   x = 10
   
   def modify_global():
       global x
       x = 20
   
   modify_global()
   print(x)  # 输出 20

2. nonlocal (Python 3+):

   def outer():
       x = 10
       
       def inner():
           nonlocal x
           x = 20
       
       inner()
       print(x)  # 输出 20
   
   outer()

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3. 命名空间与作用域的重要特性

1. 命名空间是动态的:

   • 可以在运行时添加、修改命名空间中的名称

   • 使用 globals() 和 locals() 函数访问对应命名空间的字典

2. 每个模块有自己的全局命名空间:

   • 不同模块的同名变量不会冲突

3. 类定义会创建新的命名空间:

   • 类属性存储在这个命名空间中

4. 实例有自己的命名空间:

   • 实例属性存储在实例的命名空间中

4. 示例代码

# 命名空间示例
def namespace_demo():
    print("局部命名空间:", locals())
    print("全局命名空间:", globals())

namespace_demo()

# 作用域链示例
x = 'global'

def outer():
    x = 'outer'
    
    def inner():
        x = 'inner'
        print("inner:", x)
    
    inner()
    print("outer:", x)

outer()
print("global:", x)

# 修改作用域变量
def scope_modification():
    global x
    x = 'modified global'
    
    def inner():
        nonlocal y  # 这里会报错，因为没有外围非全局作用域
        y = 20
    
    y = 10
    inner()
    print(y)

scope_modification()
print(x)

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理解 Python 的命名空间和作用域对于编写清晰、可维护的代码非常重要，特别是在处理大型项目时。