摘要：真正管理這些名子的事物就是本文的主角命名空間。閉包命名空間閉包函數(shù)的名稱(chēng)空間引入。函數(shù)調(diào)用時(shí)產(chǎn)生新的局部命名空間函數(shù)返回結(jié)果拋出異常時(shí)釋放命名空間，每一次遞歸都生成一個(gè)命名空間。標(biāo)識(shí)符產(chǎn)生地點(diǎn)決定標(biāo)識(shí)符所處的命名空間。

懶得掃全文的童鞋，可以直接跳到最后看總結(jié)。
我們先從一個(gè)簡(jiǎn)單的栗子說(shuō)起：

a 文件中有變量 va 以及類(lèi) A，b 文件導(dǎo)入 a 中class A ，并打印出 A：

#a.py
va = ["dobi", "a", "dog"]

print("a1", id(va))

class A():
    def __init__(self):
        pass

    def rtn(self):
        global va
        va.insert(1,"is")
        print("a3", id(va))
        return va

print("a2", va)


#b.py
from a import A

print("b", A)

執(zhí)行 b 文件的結(jié)果為：

Reloaded modules: a
a1 2407907960200
a2 ["dobi", "a", "dog"]
b 

可以發(fā)現(xiàn)，雖然 b 只是導(dǎo)入了 a 中的 class A,但導(dǎo)入這個(gè)過(guò)程卻執(zhí)行了整個(gè) a 文件，那么我們是否能夠在 b 中訪問(wèn) a 中的全局變量 va 呢：

print(va)
# NameError: name "va" is not defined
print(a.va)
# NameError: name "a" is not defined
print(b.va)
# NameError: name "b" is not defined

嘗試了各類(lèi)調(diào)用方法，發(fā)現(xiàn)都無(wú)法正常訪問(wèn) a 的全局變量 va，既然 b 的導(dǎo)入執(zhí)行了整個(gè) a 文件，甚至還打印出了 va 的 id 和值，又為什么無(wú)法在 b 中調(diào)用 va 呢？

這個(gè)問(wèn)題所涉及到的內(nèi)容就是：命名空間。

但在開(kāi)始正題之前，我們需要闡明若干概念：

Python 一切皆對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都具有 一個(gè)ID、一個(gè)類(lèi)型、一個(gè)值；對(duì)象一旦建立，ID 便不會(huì)改變，可以直觀的認(rèn)為 ID 就是對(duì)象在內(nèi)存中的地址：

a = [1, 2]
b = a
id(a)
# 2407907978632
id(b)
# 2407907978632
b[1] = 3
a
# [1, 3]

上例 a, b 共享了同一個(gè) ID、同一個(gè)值、同一個(gè)類(lèi)型。因此 a, b 表達(dá)的是同一個(gè)對(duì)象，但 a, b 又明顯是不同的，比如一個(gè)叫 "a" 一個(gè)叫 "b"...既然是同一個(gè)對(duì)象，為什么又有不同的名字呢？難道名字不是對(duì)象的屬性？

事實(shí)確實(shí)如此，這是 Python 比較特殊一點(diǎn)：如同"a" "b" 這樣的名稱(chēng)其實(shí)有一個(gè)共同的名字：identifier（注意不要與 ID 混淆了），中文名為“標(biāo)識(shí)符”，來(lái)解釋一下：

標(biāo)識(shí)符：各類(lèi)對(duì)象的名稱(chēng)，比如函數(shù)名、方法名、類(lèi)名，變量名、常量名等。

在 Python 中賦值并不會(huì)直接復(fù)制數(shù)據(jù)，而只是將名稱(chēng)綁定到對(duì)象，對(duì)象本身是不知道也不需要關(guān)心（該關(guān)心這個(gè)的是程序猿）自己叫什么名字的。一個(gè)對(duì)象甚至可以指向不同的標(biāo)識(shí)符，上例中的"a" "b"便是如此。真正管理這些名子的事物就是本文的主角“命名空間”。

命名空間（Namespace）：名字（標(biāo)識(shí)符）到對(duì)象的映射。

簡(jiǎn)而言之，命名空間可以理解為：記錄對(duì)象和對(duì)象名字對(duì)應(yīng)關(guān)系的空間；現(xiàn)今 Python 的大部分命名空間是通過(guò)字典來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也即一個(gè)命名空間就是名字到對(duì)象的映射，標(biāo)識(shí)符是鍵，對(duì)象則是值。

與命名空間相對(duì)的一個(gè)概念就是“作用域”，那么什么又是作用域呢？

作用域（Scope）：本質(zhì)是一塊文本區(qū)域，Python 通過(guò)該文本區(qū)域可以直接訪問(wèn)相應(yīng)的命名空間。

這里需要搞清楚什么是直接訪問(wèn)：

#x.py
a = 1
class A():
    def func():pass

python x.py
a   #直接訪問(wèn)
# 1
A.func  #屬性訪問(wèn)

Python 中不加 . 的訪問(wèn)為直接訪問(wèn)，反之為屬性訪問(wèn)。

因此可以簡(jiǎn)單的將作用域理解為“直接訪問(wèn)命名空間的一種實(shí)現(xiàn)”，具體而言：

作用域內(nèi)相應(yīng)的命名空間可以被直接訪問(wèn)；

只有作用域內(nèi)的命名空間才可以被直接訪問(wèn)（因此并不是所有的命名空間都可以被直接訪問(wèn)）。

看不懂？ 沒(méi)關(guān)系，后面會(huì)解釋?zhuān)F(xiàn)在先回到命名空間這個(gè)話(huà)題上，我們經(jīng)常接觸的命名空間有四類(lèi)：

這四類(lèi)命名空間可以簡(jiǎn)記為 LEGB:

局部命名空間（local）：指的是一個(gè)函數(shù)或者一個(gè)類(lèi)所定義的名稱(chēng)空間；包括函數(shù)的參數(shù)、局部變量、類(lèi)的屬性等。

閉包命名空間（enclosing function）：閉包函數(shù) 的名稱(chēng)空間（Python 3 引入）。

全局命名空間（global）：讀入一個(gè)模塊（也即一個(gè).py文檔）后產(chǎn)生的名稱(chēng)空間。

內(nèi)建命名空間（builtin）：Python 解釋器啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)載入__built__模塊后所形成的名稱(chēng)空間；諸如 str/list/dict...等內(nèi)置對(duì)象的名稱(chēng)就處于這里。

為了說(shuō)清楚這幾類(lèi)命名空間，舉個(gè)栗子：

#c.py
v1 = "a global var"

def func(v):
    v2 = "a local var"
    def inn_func():
        v3 = v2 + v
        return v3
    return inn_func

內(nèi)建命名空間比較好理解，我們重點(diǎn)講解下其他三個(gè)：

"v1" 為全局變量 v1 的名子，其所處的命名空間為全局命名空間；需要注意的是全局命名空間包括 "func" 但不包括 func 的參數(shù)和內(nèi)部變量。

func 囊括 "v"、"v2" 和 "inn_func" 名稱(chēng)的空間為局部命名空間；

執(zhí)行 func 后，func 的作用域釋放（或許遺忘更合適），并返回了綁定了 v 和 v2 變量的閉包函數(shù) inn_func，此時(shí)閉包所具有命名空間即為閉包命名空間，因此局部命名空間和閉包命名空間是相對(duì)而言的，對(duì)于父函數(shù) func 而言，兩者具有產(chǎn)生時(shí)間上的差異。

通過(guò)上面描述，我們發(fā)現(xiàn) LEGB 四類(lèi)命名空間本身具有明顯的內(nèi)外層級(jí)概念，而這種層級(jí)概念正是構(gòu)建作用域的前提：作用域依據(jù)這種層級(jí)概念將不同類(lèi)型的命名空間組織起來(lái)并劃歸到不同層級(jí)的作用域，然后定義好不同層級(jí)作用域之間的訪問(wèn)規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)命名空間的直接訪問(wèn)：
LEGB 訪問(wèn)規(guī)則： 同樣的標(biāo)識(shí)符在各層命名空間中可以被重復(fù)使用而不會(huì)發(fā)生沖突，但 Python 尋找一個(gè)標(biāo)識(shí)符的過(guò)程總是從當(dāng)前層開(kāi)始逐層往上找，直到首次找到這個(gè)標(biāo)識(shí)符為止：

#d.py
v1 = 1
v2 = 3
def f():
    v1 = 2
    print(1, v1)
    print(2, v2)

f()
print(3, v1)

1 2
2 3
3 1

上例中，全局變量和函數(shù) f 都定義了 變量 v1,結(jié)果 Python 會(huì)優(yōu)先選擇 f 的局部變量 v1 ，對(duì)于 f 內(nèi)并未定義的變量 v2 ，Python 會(huì)向上搜尋全局命名空間，讀取全局變量 v2 后打印輸出。

如前所述，對(duì)于上層變量，python 允許直接讀取，但是卻不可以在內(nèi)層作用域直接改寫(xiě)上層變量，來(lái)看一個(gè)典型的閉包結(jié)構(gòu):

#e.py
gv = ["a", "global", "var"]

def func(v):
    gv = ["gv"] + gv #UnboundLocalError:local variable "gv" referenced before assignment
    lv = []
    def inn_func():
        lv = lv + [v]  #UnboundLocalError:local variable "lv" referenced before assignment
        gv.insert(1, lv[0])
        return gv
    return inn_func

實(shí)際調(diào)用 func()函數(shù)后，上面兩處對(duì) gv 和 lv 進(jìn)行賦值操作的地方都會(huì)發(fā)生 UnboundLocalError：因?yàn)?Python 在執(zhí)行函數(shù)前，會(huì)首先生成各層命名空間和作用域，因此 Python 在執(zhí)行賦值前會(huì)將func 內(nèi)的 "gv" "lv" 寫(xiě)入局部命名空間和閉包命名空間，當(dāng) Python 執(zhí)行賦值時(shí)會(huì)在局部作用域、閉包作用域內(nèi)發(fā)現(xiàn)局部命名空間和閉包命名空間內(nèi)已經(jīng)具有"gv" 和 "lv" 標(biāo)識(shí)符，但這兩個(gè)非全局標(biāo)識(shí)符在該賦值語(yǔ)句執(zhí)行之前并沒(méi)有被賦值，也即沒(méi)有對(duì)象與標(biāo)識(shí)符關(guān)聯(lián)，因此無(wú)法參與四則運(yùn)算，從而引發(fā)錯(cuò)誤；但這段程序本意可能只是想讓具有對(duì)象的全局變量gv 和局部變量 lv 參與運(yùn)算，為了避免類(lèi)似的情況發(fā)生，Python 便引入了 global、nonlocal 語(yǔ)句就來(lái)說(shuō)明所修飾的 gv、lv 分別來(lái)自全局命名空間和局部命名空間，聲明之后，就可以在 func 和 inn_func 內(nèi)直接改寫(xiě)上層命名空間內(nèi) gv 和 lv 的值：

#f.py
gv = ["a", "global", "var"]

def func(v):
    global gv
    gv = ["gv"] + gv
    lv = []
    print(id(lv))
    def inn_func():
        nonlocal lv
        lv = lv + [v]
        print(id(lv))
        gv.insert(1, lv[0])
        return gv
    return inn_func

a = func("is")
# 2608229974344

a()
# 2608229974344
# ["gv", "is", "a", "global", "var"]

print(gv)
# ["gv", "is", "a", "global", "var"]

如上，全局變量 gv 值被函數(shù)改寫(xiě)了， inn_func 修改的也確實(shí)是父函數(shù) lv的值 （依據(jù) ID 判斷）。

那么是不是不使用 global 和 nonlocal 就不能達(dá)到上面的目的呢？來(lái)看看這段程序：

#g.py
gv = ["a", "global", "var"]

def func(v):
    gv.insert(0, "gv")
    lv = []
    print(id(lv))
    def inn_func():
        lv.append(v)
        print(id(lv))
        gv.insert(1, lv[0])
        return gv
    return inn_func

執(zhí)行的結(jié)果：

a = func("is")
# 2608110869168

a()
# 2608110869168
# ["gv", "is", "a", "global", "var"]

print(gv)
# ["gv", "is", "a", "global", "var"]

可以發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行結(jié)果同上面完全一致，問(wèn)題自然來(lái)了：“為什么不用 global nonlocal 也可以改寫(xiě)全局變量gv和父函數(shù)變量lv的值？

為了看清楚這個(gè)過(guò)程，我們將上面的gv.insert(0, "gv") lv.append(v) 改寫(xiě)為 gv[0:0] = ["gv"] lv[:] = [v]:

#h.py
gv = ["a", "global", "var"]

def func(v):
    gv[0:0] = ["gv"]
    lv = []
    print(id(lv))
    def inn_func():
        lv[:] = [v]
        print(id(lv))
        gv.insert(1, lv[0])
        return gv
    return inn_func

執(zhí)行結(jié)果：

a = func("is")
# 2608229959496

a()
# 2608229959496
# ["gv", "is", "a", "global", "var"]

同 g.py 文件的執(zhí)行結(jié)果完全一致，事實(shí)上兩者之間的內(nèi)在也是完全一樣的。
So 我們其實(shí)改寫(xiě)的不是 gv 和 lv ,而是 gv 和 lv 的元素 gv[0:0] 和 lv[:] 。因此，不需要 global 和 nonlocal 修飾就可以直接改寫(xiě)，這就是“借殼”，在 nonlocal 尚未引入 Python 中，比如 Python 2.x 若要在子函數(shù)中改寫(xiě)父函數(shù)變量的值就得通過(guò)這種方法。
當(dāng)然借殼蘊(yùn)藏著一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的標(biāo)識(shí)符創(chuàng)建的問(wèn)題：比如子函數(shù)通過(guò)借殼修改父函數(shù)變量lv的值，那么子函數(shù)的標(biāo)識(shí)符lv是怎么綁定到父函數(shù)變量lv的值 ID 的上的？

關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，這里有個(gè)問(wèn)答就是討論這個(gè)的：python的嵌套函數(shù)中局部作用域問(wèn)題?

另外，需要注意的是：global 語(yǔ)句只是聲明該標(biāo)識(shí)符引用的變量來(lái)自于全局變量，但并不能直接在當(dāng)前層創(chuàng)建該標(biāo)識(shí)符；nonlocal 語(yǔ)句則會(huì)在子函數(shù)命名空間中創(chuàng)建與父函數(shù)變量同名的標(biāo)識(shí)符：

#j.py
gv = "a global var"

def func():
    global gv
    lv = "a local var"
    print(locals())
    def inn_func():
        nonlocal lv
        global gv
        print(locals())
    return inn_func

執(zhí)行結(jié)果：

c = func()
{"lv": "a local var"}   #運(yùn)行 `func` 函數(shù)后，`global` 語(yǔ)句并未將 `gv` 變量引入局部命名空間

c()
{"lv": "a local var"}   #運(yùn)行閉包函數(shù)后，`nonlocal` 語(yǔ)句將父函數(shù)變量 `lv` 引入閉包命名空間

之所以 nonlocal 語(yǔ)句與 global 語(yǔ)句的處置不同，在于全局變量的作用域生存期很長(zhǎng)，在模塊內(nèi)隨時(shí)都可以訪問(wèn)，而父函數(shù)的局部作用域在父函數(shù)執(zhí)行完畢后便會(huì)直接釋放，因此 nonlocal 語(yǔ)句必須將父函數(shù)變量的標(biāo)識(shí)符和引用寫(xiě)入閉包命名空間。

實(shí)際上，到這里其實(shí)還有一個(gè)重要的重要問(wèn)題沒(méi)有解決：“標(biāo)識(shí)符并不是天生就在命名空間內(nèi)的，命名空間也不是平白無(wú)故就產(chǎn)生的，那么命名空間是在什么時(shí)候被創(chuàng)建？又是在什么時(shí)候被刪除的呢？”
規(guī)則有四：

內(nèi)建命名空間在 Python 解釋器啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建，之后會(huì)一直存在；

模塊的全局命名空間在模塊定義被讀入時(shí)創(chuàng)建，通常模塊命名空間也會(huì)保持到解釋器退出。

函數(shù)調(diào)用時(shí)產(chǎn)生新的局部命名空間；函數(shù)返回結(jié)果、拋出異常時(shí)釋放命名空間，每一次遞歸都生成一個(gè)命名空間。

標(biāo)識(shí)符產(chǎn)生地點(diǎn)決定標(biāo)識(shí)符所處的命名空間。

這四點(diǎn)就是拿來(lái)秒懂的！不過(guò)，仍然有一點(diǎn)常常被忽視：類(lèi)的命名空間：

首先，函數(shù)和類(lèi)執(zhí)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生局部命名空間，但類(lèi)的執(zhí)行機(jī)制不同于函數(shù)：

#i.py
def a():
    print("function")

class A():
    print(1)
    class B():
        print(2)
        class C():
            print(3)

執(zhí)行文件，結(jié)果為：

1
2
3

如上，類(lèi)就是一個(gè)可執(zhí)行的代碼塊，只要該類(lèi)被加載，就會(huì)被執(zhí)行，這一點(diǎn)不同于函數(shù)。
類(lèi)之所以這么設(shè)計(jì)的原因在于：類(lèi)是創(chuàng)建其他實(shí)例（生成其他的類(lèi)或者具體的對(duì)象）的對(duì)象，因此必須在實(shí)例之前被創(chuàng)建，而類(lèi)又可能涉及到與其他類(lèi)的繼承、重載等一系列問(wèn)題，故在代碼加載時(shí)就被創(chuàng)建利于提高效率和降低邏輯復(fù)雜度。

其次，與函數(shù)不同的是，類(lèi)的局部命名空間并非作用域

class A():
    a = 1
    b = [a + i for i in range(3)]  #NameError: name "a" is not defined

執(zhí)行上段代碼，我們可以發(fā)現(xiàn)在類(lèi) A 內(nèi)列表推導(dǎo)式無(wú)法調(diào)取 a 的值，但函數(shù)卻可以：

def func():
    a = 1
    b = [a + i for i in range(3)]
    print(b)

func()  #[1, 2, 3]

因此，A 中的 a 不同于函數(shù) func 中的 a 在局部命名空間中可以被任意讀取，之所以說(shuō)是“不可以被任意”讀取而不是“不可被讀取”，原因在于在類(lèi)A 的局部空間內(nèi)，a 其實(shí)一定程度上是可以直接被讀取的：

class A():
    a = 1
    c = a + 2

執(zhí)行上段代碼后：

A.c 
#3

而上例中 b 的賦值操作不能執(zhí)行，原因在于列表推導(dǎo)式會(huì)創(chuàng)建自己的局部命名空間，因此難以訪問(wèn)到 a。

Python 是動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，很多行為是動(dòng)態(tài)發(fā)生的，但 Python 自身也在不斷進(jìn)步，比如為了提高效率，有些行為會(huì)在編譯時(shí)候完成，局部變量的創(chuàng)建就是如此：

def func():
    a = 1
    def inn_func():
        print(a)  # error
        a = 2     # error
    inn_func()

上段程序還未執(zhí)行，就提示存在有語(yǔ)法錯(cuò)誤，原因在于python 解釋器發(fā)現(xiàn) inn_func 內(nèi)存在自身的 a 變量，但卻在聲明之前就被 print 了。

啰嗦了這么多，終于該結(jié)尾了！
我們?cè)賮?lái)回過(guò)頭來(lái)看下文章開(kāi)頭的栗子：
1、為什么 b.py 只是導(dǎo)入 a.py 中的 class A,卻執(zhí)行了整個(gè) a.py 文件?
答：因?yàn)?Python 并不知道 class A 在 a.py 文檔的何處，為了能夠找到 class A，Python 需要執(zhí)行整個(gè)文檔。
2、為什么 b.py 的導(dǎo)入執(zhí)行了整個(gè) a.py 文檔，卻在 b 中難以調(diào)用 a 的全局變量 va？
答：Python 的全局變量指的是模塊全局，因此不可以跨文檔，因此 global 語(yǔ)句也是不可以跨文檔的。另外， b 只是導(dǎo)入了 a 的 class A，因此并不會(huì)導(dǎo)入 a 中所有的標(biāo)識(shí)符，所以 類(lèi)似a.va 這樣的調(diào)用也是不起作用的。

關(guān)于命名空間：
1、賦值、定義類(lèi)和函數(shù)都會(huì)產(chǎn)生新的標(biāo)識(shí)符；
2、全局變量的標(biāo)識(shí)符不能跨文檔；
3、各級(jí)命名空間相互獨(dú)立互不影響；
4、Python 總是從當(dāng)前層逐漸向上尋找標(biāo)識(shí)符；
5、內(nèi)層作用域若想直接修改上層變量，需要通過(guò) global nonlocal 語(yǔ)句先聲明；
6、單純的 global 語(yǔ)句并不能為所在層級(jí)創(chuàng)建相應(yīng)標(biāo)識(shí)符，但 nonlocal 語(yǔ)句可以在閉包空間中創(chuàng)建相應(yīng)標(biāo)識(shí)符；
7、類(lèi)的局部命名空間不是作用域。