Python 為什么引入這兩個關(guān)鍵詞

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來源： Python中文社區(qū)
作者：鞏慶奎

啥是 global 和 nonlocal

Python 支持的關(guān)鍵詞里，global 和 nonlocal 初學(xué)者接觸的少，不知道是做什么用的；一些人雖然知道它們的作用，但對為什么要引入這兩個關(guān)鍵詞則有些不知其所以然。

粗淺地說，global 和 nonlocal 是為了在函數(shù)中修改全局和閉包變量而引入的關(guān)鍵字。

本文用代碼一點(diǎn)點(diǎn)分析引入 global 和 nonlocal 的原因。

一個奇怪的現(xiàn)象

下面，讓我們做一個測試。

g =1def fun():    g = 2    return g print(fun(),g)

一般地，我們認(rèn)為結(jié)果應(yīng)該為 2,2。這一點(diǎn)學(xué)過其他語言如 Java、c 的同學(xué)尤其認(rèn)同。

但讓我們跑起來，可以看到結(jié)果為 2,1。也就是說，函數(shù)沒有改變?nèi)肿兞?g。

這很奇怪，究其原因是因?yàn)椋?/p>

?Python 認(rèn)為所有 = 賦值都是在當(dāng)前作用域新建變量。? 當(dāng)我們在程序中 g = 1 時，表示當(dāng)前全局作用域建立 g，賦值 1。? 當(dāng)我們在函數(shù)中 g = 2 時，表示當(dāng)前局部作用域建立 g，賦值 2。

使用 dis.dis(fun) 分析 fun 函數(shù)源代碼：

 16           0 LOAD_CONST               1 (2)              2 STORE_FAST               0 (g) 17           4 LOAD_FAST                0 (g)              6 RETURN_VALUE

可見，第 2 條指令 STORE_FAST，這是存儲到局部變量的命令。

所以，函數(shù)中實(shí)際操作的是局部變量。

還有更甚的例子如下，大家猜測下執(zhí)行結(jié)果。

g =1def fun():    g += 1    return gprint(fun(),g) 

根據(jù)上文，我們知道函數(shù)不會改變?nèi)肿兞?g，那么結(jié)果應(yīng)該是 2,1，這次總算對了吧？

很抱歉，當(dāng)執(zhí)行到 g += 1 時，系統(tǒng)報(bào)錯：UnboundLocalError: local variable 'g' referenced before assignment。

仔細(xì)觀察錯誤，local variable 'g'，這里的 g 仍然被視為局部變量：沒有定義（=賦值），就直接 inplace add，當(dāng)然要報(bào)錯。

也就是說，所有在局部作用域中對全局變量的賦值、原位賦值都會失敗。唯有如下函數(shù)給我們帶來一絲安慰。

g =1def fun():    return gprint(fun(),g) 

結(jié)果 1,1，總算還有個正常的：在局部作用域中引用全局作用域變量正常。

那當(dāng)我必須修改全局變量時，該怎么辦呢？

global 的引入和分析

這就是 global 引入的理由了，將全局變量擴(kuò)展到函數(shù)中來，使函數(shù)可以修改全局變量。

g =1def fun():    global g    g = 2    return gprint(fun(),g) 

結(jié)果為 2,2，函數(shù)修改了全局變量。我們來看 dis.dis(fun) 的反匯編代碼。

 37           0 LOAD_CONST               1 (2)              2 STORE_GLOBAL             0 (g) 38           4 LOAD_GLOBAL              0 (g)              6 RETURN_VALUE

第 2 條指令，STORE_GLOBAL 是將常量 2 賦值給全局變量 g，異于上例中的 STORE_FAST指令對局部變量操作。

故此，我們得出結(jié)論：當(dāng)在函數(shù)中讀取全局變量時，可以直接使用。但如果需要修改全局變量值，則需要在變量前加上 global 來修飾。

nonlocal 的引入

同樣地，當(dāng)我們書寫嵌套函數(shù)，需要對閉包中的變量進(jìn)行修改操作時，我們也需要引入 nonlocal 關(guān)鍵字。

如下函數(shù)中，我們定義了閉包，閉包中的變量 e，試圖在內(nèi)嵌函數(shù)中進(jìn)行修改，但沒有使用 nonlocal 關(guān)鍵字聲明 e。

def outer():    e = 1    def inner():        e = 2        return e    return inner

參照上例，我們知道這種修改是徒勞的——因?yàn)榭捶磪R編代碼 dis.dis(outer()) 可知：

 63           0 LOAD_CONST               1 (2)              2 STORE_FAST               0 (e) 64           4 LOAD_FAST                0 (e)              6 RETURN_VALUE

第 2 條指令 STORE_FAST，操作局部變量，也就是說 inner 里的 e，仍然被視為局部變量。

雷同于上例的 global，這里使用 nonlocal 來在內(nèi)嵌函數(shù) inner 中修改閉包變量 e。

def outer():    e = 1    def inner():        nonlocal e        e = 2        return e    return inner

查看此時的反匯編代碼 dis.dis(outer()) 可知：

 78           0 LOAD_CONST               1 (2)              2 STORE_DEREF              0 (e) 79           4 LOAD_DEREF               0 (e)              6 RETURN_VALUE

第 2 條指令 STORE_DEREF，操作的是閉包變量，也就是說 inner 里的 e，是可以修改的閉包中的 e。

總結(jié)

本文通過分析函數(shù)對全局變量和閉包變量的讀、寫操作，借助于反匯編字節(jié)碼分析，認(rèn)清了 global 和 nonlocal 關(guān)鍵字的用法，對其引入和作用有了較為深刻認(rèn)識。

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