Python 中的 LEGB 作用域 / 命名空间 规则

Question

理解 LEGB 前，首先需要对 Python 的作用域、命名空间有一定的了解，话题才能继续展开。

命名空间

命名空间表示变量的可见范围，一个变量名可以定义在多个不同的命名空间，相互之间并不冲突，但同一个命名空间中不能有两个相同的变量名。比如：两个叫“张三”的学生可以同时存在于班级A和班级B中，如果两个张三都是一个班级，那么带来的麻烦复杂很多了，在Python中你不能这么干。

在Python中用字典来表示一个命名空间，命名空间中保存了变量（名字）和对象的映射关系，在Python中命名空间出现在哪些地方呢？有函数范围内的命名空间（local），有模块范围内的命名空间（global），有python内建的命名空间（built-in），还有类对象的所有属性组成的命名空间。

命名空间的生命周期

所有的命名空间都是有生命周期的，对于python内建的命名空间，python 解析器启动时创建，一直保留直至直python解析器退出时才消亡。而对于函数的local命名空间是在函数每次被调用的时候创建，调用完成函数返回时消亡，而对于模块的global命名空间是在该模块被import的时候创建，解析器退出时消亡。

作用域

一个作用域是指一段程序的正文区域，可以是一个函数或一段代码。一个变量的作用域是指该变量的有效范围。Python的作用域是静态作用域，因为它是由代码中得位置决定的，而命名空间就是作用域的动态表现。

LGB

Python2.2之前定义了三个作用域，分别是：

• global作用域，对应的global命名空间，一个模块最外层定义的一个作用域。
• local作用域，对应local命名空间，由函数定义的。
• builtin作用域，对应builtin命名空间，python内部定义的最顶层的作用域，在这个作用域里面定义了各种内建函数：open、range、xrange、list等等。

那时的Python作用域规则叫做LEB规则，变量（名字）的引用按照local作用域、global作用域、builtin作用域的顺序来查找。

首先来看一段代码:

a = 1

def foo():
    a = 2
    print a   //[1]

print a       //[2]

foo()

[1]处输出结果为2，Python首先会在函数foo定义的local作用域中查找名字a，如果找到了直接输出，没有没找到就会在模块定义的global作用域中查找，如果还没找到，就到Python内建的builtin作用域中查找a，如果还没找到就报异常：NameError: name 'a' is not defined。引用过程如图：

[2]处输出结果为1，查找顺序同样是按照LGB规则，只不过这里的local作用域就是global作用域。

LEGB 规则

Python2.2开始引入嵌套函数，嵌套函数为python提供了闭包实现。

a = 1
def foo():
   a = 2
   def bar():
        print a  //[1]
    return bar    

func = foo()
func()

函数bar和a=2捆包在一起组成一个闭包，因此这里a=2即使脱离了foo所在的local作用域，但调用func的时候（其实就是调用bar）查找名字a的顺序是LEGB规则，这里的E就是enclosing的缩写，代表的“直接外围作用域”这个概念。查找a时，在bar对应的local作用域中没有时，然后在它外围的作用域中查找a。LEGB规定了查找一个名称的顺序为：local-->enclosing-->global-->builtin。

总结

Python在确定一个变量（名字）的核心规则是LEGB，只有熟悉LEGB规则，才能清楚在程序执行过程中调用的变量究竟是什么。