Python作用域规则：LEGB原则与global/nonlocal关键字

1. Python作用域概述

在Python编程中，作用域(Scope)是指变量在程序中的可见性和生命周期。理解Python的作用域规则对于编写清晰、可维护的代码至关重要。Python采用了一种独特的作用域解析机制，遵循LEGB原则，并提供了global和nonlocal关键字来更灵活地管理变量作用域。

Python的作用域可以分为四种主要类型：

• 局部作用域(Local)
• 嵌套函数作用域(Enclosing)
• 全局作用域(Global)
• 内置作用域(Built-in)

这些作用域构成了所谓的LEGB规则，Python解释器按照这个顺序来查找变量。

2. LEGB原则详解

2.1 LEGB层次结构

LEGB代表四个作用域层次的查找顺序：

1. Local(L)：当前函数或方法内部的命名空间
2. Enclosing(E)：嵌套函数的外层函数命名空间
3. Global(G)：模块级别的命名空间
4. Built-in(B)：Python内置的命名空间

Python解释器在查找变量时，会按照L→E→G→B的顺序进行搜索，一旦找到匹配的变量名就停止搜索。

# LEGB示例
x = 'global x'  # Global

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

outer()
print(x)  # 输出 'global x'

2.2 各作用域特点对比

作用域类型	定义位置	生命周期	访问权限
Local	函数内部	函数执行期间	仅限函数内部
Enclosing	嵌套函数的外层函数	外层函数执行期间	外层函数及其嵌套函数
Global	模块级别	模块加载期间	模块内任何位置
Built-in	Python内置	Python解释器运行期间	全局可用

2.3 作用域查找性能比较

作用域查找顺序	查找速度	内存占用	使用频率
Local	最快	最低	最高
Enclosing	较快	低	中
Global	较慢	中	中
Built-in	最慢	高	低

3. global关键字

3.1 global基本用法

global关键字用于在函数内部声明一个变量来自全局作用域，并允许在函数内部修改它。

count = 0  # 全局变量

def increment():
    global count  # 声明使用全局变量count
    count += 1

increment()
print(count)  # 输出 1

3.2 不使用global的情况

x = 10

def func():
    x = 20  # 这实际上是创建了一个新的局部变量
    print("局部x:", x)

func()
print("全局x:", x)  # 全局x未被修改

输出：

局部x: 20
全局x: 10

3.3 global的注意事项

1. 使用global会使得代码的可读性和可维护性降低
2. 过度使用global可能导致难以追踪的bug
3. 在大型项目中，应尽量避免使用global，考虑使用类或函数参数替代

4. nonlocal关键字

4.1 nonlocal基本用法

nonlocal关键字用于在嵌套函数中声明一个变量来自外层(非全局)作用域，并允许在内层函数中修改它。

def outer():
    x = 10
    
    def inner():
        nonlocal x  # 声明使用外层函数的x
        x = 20
    
    inner()
    print(x)  # 输出 20

outer()

4.2 non