Jason Pan

深入理解 Python 编程

潘忠显 / 2024-04-28

本页中，会整理一些对 Python 语言和编程的深入理解的小主题。

我会不断的往页面里添加新主题，每个主题也会单独的发在公众号上，欢迎关注公众号【老白码农在奋斗】。

有些没有整理清楚的，我会放在《Python 面试》页面中。已经整理清楚的列表如下：

一、nonlocal 关键字，变量、可变对象、不可变对象

先从一段报错的代码说起。下边这段代码，是在 compress 函数中定义了一个 append_compress_pair 函数并会循环调用该函数，会报错 “UnboundLocalError: local variable ‘ret_p’ referenced before assignment”。这里缺少的就是一个 nonlocal 的声明。

class Solution:
    def compress(self, chars) -> int:
        ret_p = 0

        def append_compress_pair(c):
            chars[ret_p] = c
            ret_p += 1
#...
        append_compress_pair(c)

接下来，本文会介绍一下 Python 的作用域，然后引出 nonlocal 关键字解决的问题，最后简单说明下 Python 的变量、可变对象、不可变对象的关系。

本地作用域与模块全局作用域

本节中，我们通过几个简单的 case 我们可以复习一下本地作用域和模块全局作用域。

a = 1
def f():
    print(a)

f()

a = 1
def f():
    print(a)
    a = 2

f()

依然报错：“UnboundLocalError: local variable ‘a’ referenced before assignment”，因为 f() 里边有对 a 变量的改变，因此被视为本地（局部）变量，而外边的则是模块全局变量。因此，先调用 print(a) 时，该变量实际没有被赋值。

a = 0
def f():
    global a
    print(a)
    a = 2

f()

def f():
    global a
    print(a)
    a = 2

a = 0
f()

def f():
    global a
    print(a)
    a = 2

f()
a = 0

两个作用域的局限性

如果本地作用域变量 +global 使用全局作用域变量，就类似于 C 语言中的作用域的划分—— C 语言中只有两个级别的作用域：全局作用域和局部作用域，因为C语言中，函数定义不能嵌套。

但在 Python 中，虽然函数通常在顶层定义，但是允许函数定义放在任何地方，包括函数里边——函数定义的嵌套。这样的嵌套就带来了除了本地和**全局（顶级作用域）**之外的作用域的变量。

举个例子，下边用注释 <== 指示的那个 x 变量，在 inner() 函数作用域内来看，它既不是“本地”变量，也不是“全局”变量。

x = 0
def outer():
    x = 1  # <== ???
    def inner():
        x = 2
        print("inner:", x)

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

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

nonlocal 关键字的引入

介绍了上边的局限性，就有必要来引入一种使用中间作用域的方式。PEP 3104 中有介绍，有很多建议，最终选择了 nonlocal。虽然它有点长，而且比其他一些选项听起来更不太好听，但它的描述确实更精确：它声明一个不是本地的名称。

我们将在上边的程序的基础上，做下简单的改动。改动之前，显然的输出是：

inner: 2
outer: 1
global: 0

我们在 x = 2 之前加上我们熟悉的 global x 将会打印(inner 中修改的是最外层的 x)：

inner: 2
outer: 1
global: 2

而如果我们在 x = 2 之前加上 nolocal x 将会打印(inner 中修改的是 outer() 中创建的):

inner: 2
outer: 2
global: 0

Python 中的变量、可变对象、不可变对象

我们将上边的代码再修改一下：

x = [0] * 3
def outer():
    x[1] = 1
    def inner():
        x[2] = 2
        print("inner:", x)
    inner()
    print("outer:", x)
outer()
print("global:", x)

这将会打印：

inner: [0, 1, 2]
outer: [0, 1, 2]
global: [0, 1, 2]

看上去不使用 nonlocal 和 global 也能改变外边的变量？我们以此来引出变量和对象的介绍。

在 Python 中，变量实际上是对对象的引用。我们考虑下边的两行代码：

x = "abc"
x[0] = "b"  ## <= TypeError: 'str' object does not support item assignment
x = "bcd"

所以，当我们说"改变 x 的值"时，我们实际上是在说"改变x引用的对象"。

我没再考虑下下边三行代码：

x = [1, 1, 1]
x[0] = 0
x = [0, 1, 2]

通过上边两段代码，我们除了看到变量和对象的关系，还看到了可变对象和不可变对象的区别：

再回到本节最开头的例子，就很清楚了，inner() 里边是可以获得外部 x 引用的哪个对象，然后修改了其对象，导致 outer() 和 全局范围都看到了对象的改变。