Python变量及其作用域

一、变量基础

1. 变量定义与命名

基本规则：

变量名 = 值

命名规范：

只能包含字母、数字和下划线（A-z, 0-9, _）

不能以数字开头

区分大小写

避免使用Python关键字

PEP8命名约定：

普通变量：snake_case（如：student_name）

常量：UPPER_CASE（如：MAX_SIZE）

类名：PascalCase（如：ClassName）

私有变量：_single_leading_underscore

表1 Python变量命名示例

应用案例：

# 合法变量定义

user_name = "Alice"

user_age = 25

is_active = True

MAX_RETRIES = 3

# 多重赋值

x, y, z = 1, 2, 3

# 链式赋值

a = b = c = 0

# 实际应用：坐标转换

latitude, longitude = 40.7128, -74.0060

print(f"纬度: {latitude}, 经度: {longitude}")

二、变量作用域

1. 作用域层级

四种作用域：

局部作用域（Local）

嵌套作用域（Enclosing）

全局作用域（Global）

内置作用域（Built-in）

Python作用域层级关系

内置作用域（Built-in）

全局作用域（Global）

嵌套作用域（Enclosing）

局部作用域（Local）

各层作用域特点：

应用案例：

global_var = "全局变量"  # 全局作用域

defouter_func():

  outer_var = "外层变量"# 嵌套作用域

definner_func():

      local_var = "局部变量"# 局部作用域

print(outer_var)  # 访问嵌套作用域

print(global_var) # 访问全局作用域

  inner_func()

# print(local_var)  # 报错，无法访问局部变量

outer_func()

print(global_var)  # 访问全局变量

# print(outer_var)  # 报错，无法访问嵌套作用域

2. LEGB规则

查找顺序：

查找流程图：

表2 LEGB规则示例

应用案例：

x = "global x"  # 全局变量

defouter():

  x = "outer x"# 嵌套作用域

definner():

      x = "inner x"# 局部变量

print(x)  # 输出: inner x

  inner()

print(x)  # 输出: outer x

outer()

print(x)  # 输出: global x

三、全局与局部变量

1. global关键字

使用方法：

global 变量名

应用案例：

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

global关键字作用示意图

[函数内部] [global声明] [直接修改全局变量]

         而非创建局部变量

2. nonlocal关键字

使用方法：

nonlocal 变量名

应用案例：

def outer():

  x = "original"

definner():

nonlocal x  # 声明使用嵌套作用域变量

      x = "modified"

  inner()

print(x)  # 输出: modified

outer()

表3 global vs nonlocal

四、可变对象与作用域

1. 可变对象陷阱

典型问题：

def append_to(element, target=[]):  # 默认参数在定义时创建

  target.append(element)

  return target

print(append_to(1))  # [1]

print(append_to(2))  # [1, 2]  # 不是预期的[2]

修正方案：

def append_to(element, target=None):

  target = target or []

  target.append(element)

  return target

可变默认参数问题图解

函数定义时创建默认列表

多次调用共享同一列表对象

意外累积元素

2. 作用域与性能

访问速度比较：

import timeit

deftest_local():

  x = 100

return x

deftest_global():

return x  # 全局x

x = 100

print("局部变量访问:", timeit.timeit(test_local, number=1000000))

print("全局变量访问:", timeit.timeit(test_global, number=1000000))

表4 变量访问性能

五、高级作用域应用

1. 闭包与作用域

闭包示例：

def make_counter():

  count = 0# 嵌套作用域变量

defcounter():

nonlocal count

      count += 1

return count

return counter

counter = make_counter()

print(counter())  # 1

print(counter())  # 2

闭包作用域示意图

[make_counter作用域]

├── count变量

└── [counter函数]

   ├── 保持对count的引用

   └── 形成闭包

2. 类属性作用域

类作用域特点：

class MyClass:

  class_var = "类变量"# 类作用域

def__init__(self):

self.instance_var = "实例变量"# 实例作用域

print(MyClass.class_var)  # 访问类变量

obj = MyClass()

print(obj.instance_var)   # 访问实例变量

表5 类变量与实例变量

六、实践与常见错误

1. 作用域实践

推荐做法：

# 1. 最小化全局变量

config = {  # 使用配置字典替代多个全局变量

'timeout': 30,

'max_retries': 3

}

# 2. 明确变量作用域

defprocess_data(data):

  result = []  # 明确局部变量

for item in data:

      processed = transform(item)  # 明确局部变量

      result.append(processed)

return result

# 3. 使用常量替代魔法数字

MAX_CONNECTIONS = 10# 全大写命名常量

defconnect():

if current_connections >= MAX_CONNECTIONS:

raise RuntimeError("达到最大连接数")

2. 常见错误与修复

错误案例：

# 错误1：意外创建局部变量

total = 0

defcalculate():

  total += 1# 报错，尝试修改全局但实际创建局部变量

return total

# 修正：

defcalculate():

global total

  total += 1

return total

# 错误2：循环变量泄漏

for i inrange(5):

pass

print(i)  # 输出4（Python没有块级作用域）

# 修正：避免依赖循环变量

result = []

for i inrange(5):

  result.append(i*2)

print(result)  # 明确使用结果列表

# 错误3：闭包变量延迟绑定

functions = []

for i inrange(3):

  functions.append(lambda: print(i))

for f in functions:

  f()  # 都输出2，不是预期的0,1,2

# 修正：立即绑定

functions = []

for i inrange(3):

  functions.append(lambda x=i: print(x))  # 使用默认参数立即绑定

作用域错误检查流程

总结

本教程全面讲解了Python变量及作用域：

核心概念：

变量定义与命名规范

LEGB作用域规则

global与nonlocal关键字

高级主题：

闭包与作用域

类作用域特性

可变对象陷阱

实践建议：

最小化全局变量

明确变量作用域

避免常见陷阱

关键记忆点：

变量查找遵循LEGB规则

修改全局变量需要global声明

嵌套函数修改外部变量需要nonlocal

避免可变对象作为默认参数

类变量与实例变量作用域不同

Python变量作用域知识图谱

更新日期：2025-05-09

交流讨论：欢迎在评论区留言！

重要提示：本文主要是记录自己的学习与实践过程，所提内容或者观点仅代表个人意见，只是我以为的，不代表完全正确，不喜请勿关注。