Python 新手突破瓶颈指南：关键字 nonlocal 与 global 理解和应用

MegaQi

发布于 2024-08-14 21:22:42

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发布于 2024-08-14 21:22:42

文章被收录于专栏：非典型性程序员

在 Python 编程中，变量的作用域决定了变量的可访问性和生命周期。nonlocal 和 global 关键字是用于管理变量作用域的两个重要工具。理解它们的用法对编写高效、清晰的代码至关重要。

`global` 关键字的工作机制

global 关键字用于声明函数内部的变量为全局变量，即使在函数内部对其进行赋值，该变量也会影响到全局作用域中的同名变量。

基本示例

x = 10

def modify_global():
    global x
    x = 20

modify_global()
print(x)  # 输出: 20

在这个例子中，global 关键字声明 x 变量为全局变量，因此在 modify_global 函数中修改 x 的值会直接影响全局作用域中的 x。

底层逻辑

从底层逻辑来看，当我们在函数内部使用 global 关键字声明一个变量时，Python 解释器会将该变量绑定到全局作用域。此时，无论在函数内部还是外部，该变量都指向同一内存地址。

x = 10

def modify_global():
    global x
    x = 20
    print(f"Inside function: x = {x} (id: {id(x)})")

modify_global()
print(f"Outside function: x = {x} (id: {id(x)})")

# 输出（id每次运行会变）
# Inside function: x = 20 (id: 3110893022096)
# Outside function: x = 20 (id: 3110893022096)

在此代码中，我们可以看到无论是在函数内部还是外部，x 的 id 都相同，说明它们指向的是同一个对象。

`nonlocal` 关键字的工作机制

nonlocal 关键字用于声明变量为最近外层函数的局部变量。它用于嵌套函数中，使内层函数能够修改外层函数的局部变量。

基本示例

def outer():
    x = 10
    print(f"original variable: x = {x} (id: {id(x)})")

    def inner():
        nonlocal x
        x = 20
        print(f"Inner function: x = {x} (id: {id(x)})")

    inner()
    print(f"Outer function: x = {x} (id: {id(x)})")

outer()

输出

original variable: x = 10 (id: 2474959858256)
Inner function: x = 20 (id: 2474959858576)
Outer function: x = 20 (id: 2474959858576)

在这个例子中，nonlocal 关键字使得 inner 函数能够修改 outer 函数中定义的 x 变量。

底层逻辑

从底层逻辑来看，nonlocal 关键字让嵌套函数在其外层函数的局部作用域中查找变量。当找到目标变量时，它会将其重新绑定到新的值。

def outer():
    x = 10
    print(f"Outer before inner: x = {x} (id: {id(x)})")
    
    def inner():
        nonlocal x
        x = 20
        print(f"Inner function: x = {x} (id: {id(x)})")
        
    inner()
    print(f"Outer after inner: x = {x} (id: {id(x)})")

outer()

输出

Outer before inner: x = 10 (id: 2256058346064)
Inner function: x = 20 (id: 2256058346384)
Outer after inner: x = 20 (id: 2256058346384)

在此示例中，x 的 id 在 inner 函数调用前后保持不变，表明 nonlocal 关键字使 x 指向了相同的对象。

应用场景

1. 管理全局配置

在复杂项目中，global 关键字可以用于管理全局配置，使其在多个函数中共享。例如：

config = {}

def set_config(key, value):
    global config
    config[key] = value

def get_config(key):
    global config
    return config.get(key)

set_config('debug', True)
print(get_config('debug'))  # 输出: True

2. 实现闭包

nonlocal 关键字常用于闭包中，使内层函数能够修改外层函数的状态。例如：

def counter():
    count = 0
    
    def increment():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    
    return increment

counter_func = counter()
print(counter_func())  # 输出: 1
print(counter_func())  # 输出: 2

3. 控制循环

在需要在嵌套循环中使用内层循环变量控制外层循环时，nonlocal 可以发挥作用。

def loop_control():
    loop = True
    
    def inner():
        nonlocal loop
        for i in range(5):
            print(i)
            if i == 3:
                loop = False
                break
    
    while loop:
        print("Looping start")
        inner()
        print("Looping end")

loop_control()

输出