Python和Scala的变量作用域

今天聊的主题是变量作用域，也就是定义的变量可以使用的一片区域。变量通常意义指的是一个存储着标识符和标识符所关联的值的空间。在程序的运行过程中，标识符会绑定上相应的值，在某些情况下，标识符对应的值是可以发生变化的。什么是变量作用域呢？在维基上给出的定义是“The scope of a variable describes where in a program's text the variable may be used, while the extent (or lifetime) describes when in a program's execution a variable has a (meaningful) value. ”简而言之就是两点，在何处可以使用变量以及标识符绑定的值生存多久。

那么在具体的语言Scala和Python是如何处理变量作用域的呢？ Scala： Scala在变量声明时就确定了它的作用域范围，最常见的作用域是用一个花括号括起来的区域，这就是一个新的作用域。我们可以看一个简单的例子：

object variable{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
      val a = 1
      val a = 2
  }
}

我们会发现编译器会报如下的错误：

Error:(8, 11) a is already defined as value a
      val a = 2

意味着变量a一旦定义好就不能在相同的作用域再次定义了相同名字的变量，除非我们又新建了一个作用域：

object variable{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
      val a = 1;
      {
        val a = 2
        println(a) 
      }
      println(a)
  }
}

这样就能正常输出了，因为两次定义的变量a都在不同的作用域里。记住这里的分号是必须要加上的，否则Scala会认为大括号这里没有定义变量名。值得一提的是在Scala里的内嵌作用域的变量是会忽略外部作用域相同名称的变量，这一点在Scala的REPL中尤为明显，因为每一行代表着一个新的作用域。

scala> val a = 1
a: Int = 1

scala> val a = 2
a: Int = 2

那么就容易理解函数和类的定义体的局部变量的含义了，例如：

object variable{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val y = 1
    val b = test(2)
    print(x)
  }
  def test(x:Int):Int = {x+1;print(y)}
}

我们会发现这里的x只能在test内部使用，外部是无法获取的到x变量的,内部也无法获取外部的变量y。每次的函数调用，都意味着新的局部变量的诞生。

Python: Python的变量不同于Scala，它的变量实际上一个字符串对象，和它所指向的对象关联。Python的作用域规则最出名的就是LEGB，这四个字母的含义代表着Python的对于变量的查找顺序locals -> enclosing -> globals -> builtins。这代表着如下例子是可以运行的：

__builtins__.B = "B" 
G = "G"

def test():
    E = "E"    
    def enclosing():
      L = "L"
      print(L,E,G,B)
    enclosing()
test()

test()输出的结果就是L E G B。这四个变量代表着四个不同的作用域，不同于Scala内部作用域无法获取外部作用域变量,这里输出的结果表示函数的局部变量是可以获得外部作用域的变量。对此，《流畅的Python》作者给出的解释是这来源于Python的设计选择而不是缺陷。除此之外，Python会假定在函数定义体中赋值的变量都是局部变量。所以导致了下面奇特的print(b)

b = 6  
def test1(a):
    print(a)
    print(b)
    b = 9
test1(2)
2
Traceback (most recent call last):

  File "<ipython-input-6-51aa2bbacb35>", line 1, in <module>
    test1(2)

  File "<ipython-input-5-b3b2a279f5d9>", line 4, in test1
    print(b)

UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment

这里的b无法获得外部定义的b=6，如果我们把b = 9删除，就会发现b可以使用了。

def test2(a):
    print(a)
    print(b)

test2(1)
1
6