概要
在Python编程中，变量的作用域决定了变量的可访问范围。理解变量的作用域对编写正确且高效的代码至关重要。本文将详细介绍Python中函数作用域的概念，重点讨论局部变量与全局变量的区别，并通过具体的示例代码，帮助深入理解和掌握这些概念。
变量的作用域
变量的作用域是指变量在程序中可以访问的范围。在Python中，变量的作用域主要分为局部作用域和全局作用域。
局部作用域
局部作用域是指在函数内部定义的变量，这些变量只能在函数内部访问。
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def my_function():
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local_var = "I am a local variable"
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print(local_var)
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my_function()
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# 尝试在函数外访问局部变量会导致错误
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# print(local_var) # NameError: name 'local_var' is not defined
输出：
I am a local variable
全局作用域
全局作用域是指在函数外部定义的变量，这些变量可以在整个程序中访问。
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global_var = "I am a global variable"
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def my_function():
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print(global_var)
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my_function()
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print(global_var)
输出：
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I am a global variable
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I am a global variable
全局变量与局部变量的关系
在函数内部，可以访问全局变量，但不能直接修改全局变量。如果要在函数内部修改全局变量，必须使用global关键字。
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counter = 0
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def increment():
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global counter
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counter += 1
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increment()
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print(counter) # 输出：1
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increment()
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print(counter) # 输出：2
嵌套函数与非局部变量
在嵌套函数中，内部函数可以访问外部函数的变量，但不能直接修改它们。如果需要修改外部函数的变量，可以使用nonlocal关键字。
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def outer_function():
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outer_var = "I am in outer function"
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def inner_function():
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nonlocal outer_var
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outer_var = "Modified in inner function"
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print(outer_var)
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inner_function()
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print(outer_var)
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outer_function()
输出：
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Modified in inner function
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Modified in inner function
作用域链
Python使用LEGB规则（Local, Enclosing, Global, Built-in）来查找变量，即依次从局部作用域、嵌套作用域、全局作用域和内建作用域中查找变量。
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x = "global x"
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def outer():
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x = "outer x"
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def inner():
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x = "inner x"
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print(x) # 输出：inner x
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inner()
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print(x) # 输出：outer x
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outer()
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print(x) # 输出：global x
局部变量与全局变量的应用场景
计算器函数
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# 全局变量用于存储计算结果
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result = 0
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def add(a, b):
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global result
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result = a + b
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def subtract(a, b):
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global result
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result = a - b
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add(5, 3)
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print(result) # 输出：8
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subtract(10, 4)
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print(result) # 输出：6
递归函数中的局部变量
递归函数通常使用局部变量来维护递归状态，避免对全局变量的依赖。
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def factorial(n):
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if n == 1:
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return 1
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else:
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return n * factorial(n - 1)
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print(factorial(5)) # 输出：120
使用globals()和locals()函数
globals()和locals()函数可以分别返回当前全局符号表和局部符号表的字典，便于动态访问和修改变量。
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x = 10
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def my_function():
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y = 5
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print("局部符号表:", locals())
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print("全局符号表:", globals())
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my_function()
输出：
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局部符号表: {'y': 5}
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全局符号表: {..., 'x': 10, 'my_function': <function my_function at 0x...>}
避免使用全局变量的建议
尽管全局变量在某些情况下很方便，但过度使用全局变量会导致代码难以维护和调试。
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使用参数传递：通过函数参数传递需要的数据，而不是依赖全局变量。
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返回值：通过返回值将数据从函数中传递出来，而不是修改全局变量。
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封装数据：将相关的数据和函数封装到类或模块中，避免使用全局变量。
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class Calculator:
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def __init__(self):
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self.result = 0
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def add(self, a, b):
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self.result = a + b
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return self.result
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def subtract(self, a, b):
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self.result = a - b
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return self.result
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calc = Calculator()
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print(calc.add(5, 3)) # 输出：8
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print(calc.subtract(10, 4)) # 输出：6
总结
本文详细介绍了Python中函数作用域的概念，重点讨论了局部变量和全局变量的区别与关系。通过具体示例，展示了如何使用def关键字定义函数，如何在函数内部和外部访问不同作用域的变量，以及如何使用global和nonlocal关键字在不同作用域中修改变量。还探讨了嵌套函数、作用域链以及如何避免过度使用全局变量的建议。通过掌握这些技巧，可以编写出更加模块化、清晰和高效的Python代码。
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