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Python 变量作用域详解（Python 3.x）

变量作用域是指变量可被访问的代码范围。与 Java 等语言不同，Python 的变量作用域规则更灵活，尤其在全局变量和局部变量的区分上有特殊机制。本文将详细解析 Python 中变量的作用域类型、访问规则及修改全局变量的方法。

作用域的基本类型

Python 中变量的作用域分为以下四种，按访问优先级从高到低排列：

局部作用域（Local）：在函数内部定义的变量，仅在函数内有效。
嵌套作用域（Enclosing）：在嵌套函数外层的函数中定义的变量（适用于闭包场景）。
全局作用域（Global）：在模块（.py 文件）顶层定义的变量，整个模块内可访问。
内置作用域（Built-in）：Python 内置的变量或函数（如 print、len）。

局部变量（Local）

在函数内部定义的变量默认为局部变量，仅在函数执行期间存在，函数外部无法访问。

示例：局部变量的特性

# 全局变量 x
x = 50

def function_local(x_param):
    # 函数内部的 x 是局部变量（参数也是局部变量）
    print(f"函数内初始 x（参数）：{x_param}")
    x_local = 2  # 局部变量
    print(f"函数内修改后局部 x：{x_local}")

# 调用函数
function_local(x)

# 函数外部无法访问局部变量
print(f"函数外全局 x：{x}")  # 输出：50（不受函数内局部变量影响）
# print(x_local)  # 报错：NameError: name 'x_local' is not defined

输出结果：

函数内初始 x（参数）：50
函数内修改后局部 x：2
函数外全局 x：50

结论：

函数参数（如 x_param）也是局部变量。
函数内部定义的变量（如 x_local）仅在函数内有效。
局部变量与全局变量同名时，函数内优先使用局部变量。

全局变量（Global）

在模块顶层定义的变量为全局变量，可在模块内的任何函数外访问。若要在函数内修改全局变量，需用 global 关键字声明。

访问全局变量（无需声明）

函数内可直接访问全局变量（无需 global 声明）：

# 全局变量
greeting = "Hello"

def print_greeting():
    # 直接访问全局变量
    print(greeting)

print_greeting()  # 输出：Hello

修改全局变量（需用 `global` 声明）

若在函数内直接修改全局变量，Python 会将其视为局部变量（创建新的局部变量），而非修改全局变量。如需修改，必须用 global 声明：

# 全局变量
count = 0

def increment():
    # 声明使用全局变量 count（而非创建局部变量）
    global count
    count += 1  # 修改全局变量
    print(f"函数内 count：{count}")

increment()  # 输出：函数内 count：1
print(f"函数外 count：{count}")  # 输出：函数外 count：1（全局变量已被修改）

如果不声明 global：

count = 0

def increment_error():
    count += 1  # 报错：UnboundLocalError（Python 认为 count 是局部变量，但未初始化）

increment_error()

`global` 关键字的作用

告诉 Python：“该变量是全局变量，不要创建局部变量”。
global 声明必须放在变量使用之前。

name = "Alice"

def change_name():
    global name  # 声明在使用前
    name = "Bob"  # 修改全局变量

change_name()
print(name)  # 输出：Bob

嵌套作用域（Enclosing）

当函数嵌套时，内层函数可访问外层函数的变量（非全局），这种作用域称为嵌套作用域。若要修改外层函数的变量，需用 nonlocal 关键字（Python 3 新增）。

示例：嵌套函数与 `nonlocal`

def outer():
    # 外层函数的变量（嵌套作用域）
    message = "Hello from outer"

    def inner():
        # 声明使用外层函数的 message（非局部，非全局）
        nonlocal message
        message = "Hello from inner"  # 修改外层变量
        print(f"内层函数：{message}")

    inner()
    print(f"外层函数：{message}")  # 输出修改后的值

outer()

输出结果：

内层函数：Hello from inner
外层函数：Hello from inner

说明：

若不用 nonlocal，内层函数的 message 会被视为局部变量。
nonlocal 仅用于嵌套作用域，不可用于全局变量。

作用域查找规则：LEGB 原则

当访问一个变量时，Python 按以下顺序查找：

L（Local）：当前函数内部的局部变量。
E（Enclosing）：外层函数的变量（嵌套作用域）。
G（Global）：模块顶层的全局变量。
B（Built-in）：Python 内置的变量或函数。

若找不到变量，会抛出 NameError。

示例：LEGB 原则演示

# 全局变量（G）
x = "global"

def outer():
    # 嵌套作用域变量（E）
    x = "outer"

    def inner():
        # 局部变量（L）
        x = "inner"
        print(x)  # 优先使用局部变量（L）→ 输出：inner

    inner()
    print(x)  # 外层变量（E）→ 输出：outer

outer()
print(x)  # 全局变量（G）→ 输出：global

# 访问内置函数（B）
print(len([1, 2, 3]))  # 调用内置的 len 函数 → 输出：3

常见问题与最佳实践

避免滥用全局变量：
- 全局变量会增加函数间的耦合，降低代码可读性。
- 优先通过函数参数传递数据，而非依赖全局变量。
区分 global 和 nonlocal：
- global：用于修改全局变量（模块顶层）。
- nonlocal：用于修改嵌套作用域的变量（外层函数）。

局部变量遮蔽（Shadowing）：

若局部变量与全局变量同名，局部变量会 “遮蔽” 全局变量（函数内优先使用局部）。

x = 100
def shadow():
    x = 200  # 局部变量，遮蔽全局 x
    print(x)  # 输出：200
shadow()
print(x)  # 输出：100（全局 x 未变）