Python变量作用域（全局变量和局部变量）

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2023-03-14

所谓作用域（Scope），就是变量的有效范围，就是变量可以在哪个范围以内使用。有些变量可以在整段代码的任意位置使用，有些变量只能在函数内部使用，有些变量只能在 for 循环内部使用。

变量的作用域由变量的定义位置决定，在不同位置定义的变量，它的作用域是不一样的。本节我们只讲解两种变量，局部变量和全局变量。

Python局部变量

在函数内部定义的变量，它的作用域也仅限于函数内部，出了函数就不能使用了，我们将这样的变量称为局部变量（Local Variable）。

要知道，当函数被执行时，Python 会为其分配一块临时的存储空间，所有在函数内部定义的变量，都会存储在这块空间中。而在函数执行完毕后，这块临时存储空间随即会被释放并回收，该空间中存储的变量自然也就无法再被使用。

举个例子：

def demo():
    add = "https://www.xnip.cn/python/"
    print("函数内部 add =",add)

demo()
print("函数外部 add =",add)

程序执行结果为：

函数内部 add = https://www.xnip.cn/python/
Traceback (most recent call last):
File "C:\Users\mengma\Desktop\file.py", line 6, in <module>
print("函数外部 add =",add)
NameError: name 'add' is not defined

可以看到，如果试图在函数外部访问其内部定义的变量，Python 解释器会报 NameError 错误，并提示我们没有定义要访问的变量，这也证实了当函数执行完毕后，其内部定义的变量会被销毁并回收。

值得一提的是，函数的参数也属于局部变量，只能在函数内部使用。例如：

def demo(name,add):
    print("函数内部 name =",name)
    print("函数内部 add =",add)
demo("Python教程","https://www.xnip.cn/python/")

print("函数外部 name =",name)
print("函数外部 add =",add)

程序执行结果为：

函数内部 name = Python教程
函数内部 add = https://www.xnip.cn/python/
Traceback (most recent call last):
File "C:\Users\mengma\Desktop\file.py", line 7, in <module>
print("函数外部 name =",name)
NameError: name 'name' is not defined

由于 Python 解释器是逐行运行程序代码，由此这里仅提示给我“name 没有定义”，实际上在函数外部访问 add 变量也会报同样的错误。

Python全局变量

除了在函数内部定义变量，Python 还允许在所有函数的外部定义变量，这样的变量称为全局变量（Global Variable）。

和局部变量不同，全局变量的默认作用域是整个程序，即全局变量既可以在各个函数的外部使用，也可以在各函数内部使用。

定义全局变量的方式有以下 2 种：

在函数体外定义的变量，一定是全局变量，例如：
```
add = "https://www.xnip.cn/"
def text():
    print("函数体内访问：",add)
text()
print('函数体外访问：',add)
```
运行结果为：
函数体内访问： https://www.xnip.cn/
函数体外访问： https://www.xnip.cn/
在函数体内定义全局变量。即使用 global 关键字对变量进行修饰后，该变量就会变为全局变量。例如：
```
def text():
    global add
    add= "https://www.xnip.cn/java/"
    print("函数体内访问：",add)
text()
print('函数体外访问：',add)
```
运行结果为：
函数体内访问： https://www.xnip.cn/java/
函数体外访问： https://www.xnip.cn/java/
注意，在使用 global 关键字修饰变量名时，不能直接给变量赋初值，否则会引发语法错误。

获取指定作用域范围中的变量

在一些特定场景中，我们可能需要获取某个作用域内（全局范围内或者局部范围内）所有的变量，Python 提供了以下 3 种方式：

1) globals()函数

globals() 函数为 Python 的内置函数，它可以返回一个包含全局范围内所有变量的字典，该字典中的每个键值对，键为变量名，值为该变量的值。

举个例子：

#全局变量
Pyname = "Python教程"
Pyadd = "https://www.xnip.cn/python/"
def text():
    #局部变量
    Shename = "shell教程"
    Sheadd= "https://www.xnip.cn/"
print(globals())

程序执行结果为：

{ ...... , 'Pyname': 'Python教程', 'Pyadd': 'https://www.xnip.cn/python/', ......}

注意，globals() 函数返回的字典中，会默认包含有很多变量，这些都是 Python 主程序内置的，读者暂时不用理会它们。

可以看到，通过调用 globals() 函数，我们可以得到一个包含所有全局变量的字典。并且，通过该字典，我们还可以访问指定变量，甚至如果需要，还可以修改它的值。例如，在上面程序的基础上，添加如下语句：

print(globals()['Pyname'])
globals()['Pyname'] = "Python入门教程"
print(Pyname)

程序执行结果为：

Python教程
Python入门教程

2) locals()函数

locals() 函数也是 Python 内置函数之一，通过调用该函数，我们可以得到一个包含当前作用域内所有变量的字典。这里所谓的“当前作用域”指的是，在函数内部调用 locals() 函数，会获得包含所有局部变量的字典；而在全局范文内调用 locals() 函数，其功能和 globals() 函数相同。

举个例子：

#全局变量
Pyname = "Python教程"
Pyadd = "https://www.xnip.cn/python/"
def text():
    #局部变量
    Shename = "shell教程"
    Sheadd= "https://www.xnip.cn/"
    print("函数内部的 locals:")
    print(locals())
text()
print("函数外部的 locals:")
print(locals())

程序执行结果为：

函数内部的 locals:
{'Sheadd': 'https://www.xnip.cn/', 'Shename': 'shell教程'}
函数外部的 locals:
{...... , 'Pyname': 'Python教程', 'Pyadd': 'https://www.xnip.cn/python/', ...... }

当使用 locals() 函数获取所有全局变量时，和 globals() 函数一样，其返回的字典中会默认包含有很多变量，这些都是 Python 主程序内置的，读者暂时不用理会它们。

注意，当使用 locals() 函数获得所有局部变量组成的字典时，可以向 globals() 函数那样，通过指定键访问对应的变量值，但无法对变量值做修改。例如：

#全局变量
Pyname = "Python教程"
Pyadd = "https://www.xnip.cn/python/"
def text():
    #局部变量
    Shename = "shell教程"
    Sheadd= "https://www.xnip.cn/"
    print(locals()['Shename'])
    locals()['Shename'] = "shell入门教程"
    print(Shename)
text()

程序执行结果为：

shell教程
shell教程

显然，locals() 返回的局部变量组成的字典，可以用来访问变量，但无法修改变量的值。

3) vars(object)

vars() 函数也是 Python 内置函数，其功能是返回一个指定 object 对象范围内所有变量组成的字典。如果不传入object 参数，vars() 和 locals() 的作用完全相同。

由于目前读者还未学习 Python 类和对象，因此初学者可先跳过该函数的学习，等学完 Python 类和对象之后，再回过头来学习该函数。

举个例子：

 #全局变量
Pyname = "Python教程"
Pyadd = "https://www.xnip.cn/python/"
class Demo:
    name = "Python 教程"
    add = "https://www.xnip.cn/python/"
print("有 object：")
print(vars(Demo))

print("无 object：")
print(vars())

程序执行结果为：

有 object：
{...... , 'name': 'Python 教程', 'add': 'https://www.xnip.cn/python/', ......}
无 object：
{...... , 'Pyname': 'Python教程', 'Pyadd': 'https://www.xnip.cn/python/', ...... }