Python变量查找的核心：LEGB规则

在Python中，变量名的查找遵循特定的作用域规则，称为LEGB规则。LEGB是四个作用域的缩写，Python解释器在查找变量名时，会按照以下顺序依次搜索：

L - Local

局部作用域

当前函数或方法内部

E - Enclosing

闭包作用域

嵌套函数的外层函数

G - Global

全局作用域

模块级别作用域

B - Built-in

内置作用域

Python内置函数和变量

Python解释器在查找变量时，会按照L → E → G → B的顺序进行搜索。如果在某个作用域中找到变量，则停止搜索；如果所有作用域都未找到，则抛出NameError异常。

详细解析各作用域

1. Local (局部作用域)

局部作用域指的是在函数或方法内部定义的变量。这些变量只能在定义它们的函数内部访问。

def my_function():
    local_var = "我在局部作用域"  # 局部变量
    print(local_var)           # 可以访问

my_function()
# print(local_var)  # 在函数外访问会引发NameError

2. Enclosing (闭包作用域)

当函数嵌套时，内层函数可以访问外层函数（非全局）的变量。这个外层函数的作用域就是闭包作用域。

def outer_function():
    enclosing_var = "我在闭包作用域"  # 闭包作用域变量
    
    def inner_function():
        print(enclosing_var)  # 可以访问外层函数的变量
    
    inner_function()

outer_function()
# print(enclosing_var)  # 在外层函数外访问会引发NameError

3. Global (全局作用域)

在模块级别定义的变量属于全局作用域。这些变量可以在模块内的任何地方访问。

global_var = "我在全局作用域"  # 全局变量

def test_global():
    print(global_var)  # 在函数内部可以访问全局变量

test_global()
print(global_var)     # 在函数外部也可以访问

注意：在函数内部，如果要修改全局变量，需要使用global关键字声明，否则Python会创建一个新的局部变量。

4. Built-in (内置作用域)

内置作用域包含Python内置的函数（如print、len等）和异常名称。当变量在其他作用域中找不到时，Python会查找内置作用域。

# 内置作用域示例
def test_builtin():
    # len函数来自内置作用域
    print(len(['apple', 'banana', 'cherry']))  # 输出: 3

test_builtin()

# 重写内置函数名会导致问题
str = "我覆盖了内置函数str"
# num = str(123)  # 这会引发TypeError，因为str已被覆盖

特殊关键字：global和nonlocal

global关键字

使用global关键字可以在函数内部修改全局变量：

count = 0  # 全局变量

def increment():
    global count  # 声明使用全局变量
    count += 1

increment()
print(count)  # 输出: 1

nonlocal关键字

使用nonlocal关键字可以在嵌套函数中修改闭包作用域中的变量：

def outer():
    counter = 0  # 闭包作用域变量
    
    def inner():
        nonlocal counter  # 声明使用闭包作用域变量
        counter += 1
        return counter
    
    return inner

incrementer = outer()
print(incrementer())  # 输出: 1
print(incrementer())  # 输出: 2

变量查找常见问题与陷阱

问题1：局部变量遮蔽全局变量

当局部变量与全局变量同名时，局部变量会"遮蔽"全局变量，导致无法在函数内部访问全局变量。

value = "全局"

def test():
    value = "局部"  # 创建新的局部变量
    print(value)    # 输出: "局部"

test()
print(value)       # 输出: "全局"

问题2：在赋值前引用变量

在函数内部，如果对一个变量赋值（没有声明为global或nonlocal），Python会将其视为局部变量，即使在赋值前引用也会引发错误。

x = 10

def problem():
    print(x)  # 引发UnboundLocalError
    x = 20   # 这使x成为局部变量

# problem()  # 取消注释会引发错误

总结与最佳实践

理解Python的LEGB规则对于编写清晰、可维护的代码至关重要。以下是关键要点：

1. 最小化全局变量

尽量少用全局变量，优先使用函数参数和返回值传递数据，避免命名冲突和不可预测的修改。

2. 明确变量作用域

使用有意义的变量名，并明确变量的作用范围。对于需要修改的闭包变量，使用nonlocal关键字。

3. 避免遮蔽内置函数

不要使用内置函数名（如str、list、dict等）作为变量名，这会导致内置函数无法使用。

4. 谨慎使用global

仅在必要时使用global关键字，过度使用会导致代码难以理解和维护。

通过掌握Python变量查找机制，你可以编写出更加健壮、可预测的代码，并有效避免常见的变量作用域陷阱。