Python和Lua的默認做用域以及閉包

 

默認做用域

前段時間學了下Lua，發現Lua的默認做用域和Python是相反的。Lua定義變量時默認變量的做用域是全局（global，這樣說不是很準確，Lua在執行x = 1這樣的語句時會從當前環境開始一層層往上查找x，只有在找不到x的狀況下才定義全局變量）的，而Python定義變量時默認變量的做用域是局部（local）的（當前塊）。另外，Lua能夠再定義變量時在變量前加上local關鍵字來定義局部變量，而Python沒有相似的關鍵字，Python的變量只能定義在當前塊中。

咱們知道，全局變量是很差的，而局部變量是好的，寫程序應該儘可能使用局部變量。因此一開始時我以爲Python的這種約定比較好，它的優勢就是能夠少打些字。寫Lua程序時不斷在心底默唸「勿忘local，勿忘local」，然而仍是有時會出現幾個漏網之魚並引起了一些神奇的bug。

閉包

第一次意識到Python默認做用域的問題是在使用閉包時碰到的。關於閉包，Lua教程上有一段代碼：

function new_counter()
	local n = 0
	local function counter()
		n = n + 1
		return n
	end
	return counter
end

c1 = new_counter()
c2 = new_counter()
print(c1())  -- 打印1
print(c2())  -- 打印1
print(c1())  -- 打印2
print(c2())  -- 打印2

閉包的本質能夠參考SICP第三章的環境模型。在這裏能夠簡單的想象爲函數counter有一個私有成員n。

如今問題來了：我想用Python實現一樣功能的閉包？

首先直接從Lua代碼依葫蘆畫瓢改寫成Python代碼：

def new_counter():
	n = 0
	def counter():
		n = n + 1
		return n
	return counter

而後傻眼：這個程序不能運行，第4行訪問了未賦值的變量n。出錯的緣由並不是是Python不支持閉包，而是Python的賦值操做訪問不了上一層的變量n（實際上，Python認爲這是定義局部變量，而非賦值。在Python中定義局部變量與賦值操做在語法上是衝突的，Python乾脆只支持可重定義的定義語句）。因爲Python默認做用域是局部的，因此當程序運行到n = n + 1時，Python認爲這是一個變量定義操做，因而建立了一個（未初始化的）局部變量n——而且順利地覆蓋了new_counter這一層的n——而後試圖把n + 1賦值給n，可是n未初始化，n + 1無法計算，因此程序報錯。

能夠用個小技巧來實現閉包賦值的功能：

def new_counter():
	n = [0]
	def counter():
		n[0] = n[0] + 1
		return n[0]
	return counter

這裏n[0] = n[0] + 1不會出錯的緣由是這裏的等號和前面n = n + 1的等號含義不同。n[0] = n[0] + 1中的等號意思是修改n的某個屬性。事實上這個等號最終調用了list的__setitem__方法。而n = n + 1中的等號意思是在當前環境將n + 1這個值綁定到符號n中（若是當前環境已存在符號n，就覆蓋它）。

另外題外話：打死我不用這種寫法，多難看吶。反正Python是面嚮對象語言，要實現個計數器，大不了寫個類。

定義與賦值的分離

先總結一下Python與Lua的默認做用域的特色：

一、 Lua默認做用域是全局的，寫程序時要牢記local關鍵字（除非確實要定義全局變量），不當心忘了local也不會提示，就等着糾bug吧。

二、 Python默認做用域是局部的，雖然寫程序的思惟負擔少些，可是喪失了對上層變量賦值的能力（能夠改，但會讓語言更混亂）。

看來兩種默認做用域都有問題？我的認爲，出現以上問題的緣由是：Python和Lua沒有實現定義和賦值的分離。在Python和Lua中，像x = 1這樣的語句既能夠表示定義，也能夠表示賦值。其實不僅是這兩種語言，其實不少高級語言都沒有實現定義和賦值的分離。定義和賦值二者功能上很像，可是它們本質上是有差異的。

下面以x = 1爲例解釋定義與賦值：

定義的意思是：在當前環境中註冊符號x，並初始化爲1。若是x已經存在，則報錯（不容許重定義）或者覆蓋（容許重定義）。

賦值的意思是：從當前環境開始，一層層往上找直到第一次找到符號x，把它的值修改爲1。若是找不到就報錯（變量不存在）。

如今咱們稍微修改一下Python來實現定義和賦值的分離：用「:=」表示定義，用「=」表示賦值。而後重寫那個不能運行的new_counter例子（Python中賦值操做和定義局部變量衝突，換句話說，Python其實沒有賦值操做，因此咱們只需簡單的把「=」全換成「:=」就好了），看看它錯在哪：

def new_counter():
	n := 0
	def counter():
		n := n + 1
		return n
	return counter

這個程序爲何是錯的就很明顯了。第4行咱們要的是賦值操做，而非定義操做。修改爲正確的寫法：

def new_counter():
	n := 0
	def counter():
		n = n + 1
		return n
	return counter

這樣就能正確運行了（前提是有修改版的Python解釋器XD）。

最後說一些Lua的狀況。Lua感受上就把定義和賦值的分離實現了一半。帶有local關鍵字的等號語句確定是定義了。問題是不帶local的等號語句。對於這種語句Lua是這樣作的：先試圖作賦值，若是賦值失敗（變量不存在），就在最外層環境（全局環境）定義變量。也就是說，不帶local的等號語句把定義和賦值混在一塊兒了。另外，若是實現了定義和賦值的分離，就不須要考慮默認做用域的問題了——定義所有是在當前環境下定義，都是定義局部變量。我實在想不出在一個函數體或者什麼塊中定義全局變量的好處。