Python的名字綁定

Python的名字綁定

在Python中，對象是經過名字進行關聯和引用的。Python經過名字綁定操做來引入名字。

Python中的所謂的代碼塊就是一段做爲執行單元的程序。好比：模塊、函數、類定義。在交互式環境中輸入的命令也是代碼塊的一種。一個Python腳本文件也是一個代碼塊。還有就是，當咱們在命令行上使用-c選項指定的命令也是一個代碼塊。傳遞給內建函數eval()和exec()的字符串參數也是代碼塊的一種。

代碼塊是以執行幀的方式被執行的，一個執行幀包含了一些管理信息，能夠用於調試。執行幀還會在執行完當前的代碼塊之後指定在何處，以怎樣的方式執行接下來的代碼。

Python中的做用域定義了名字在代碼塊中的可見性。若是在代碼塊中定義了一個局部變量，那麼這個局部變量的做用域就是所在的這個代碼塊。若是這個定義發生在函數體內，則這個變量的做用域就擴展到包含在這個函數中的任何代碼塊中，可是，若是包含在這個函數中的一個代碼塊中，一樣的名字被綁定到了不一樣的對象上，那麼外面的名字將不能被擴展到這個代碼塊中。

def out_func():
    #a的做用域在out_func這個函數中
    a = 0
    b = 0
    def in_func():
        #a的做用域從out_func擴展到了in_func中，由於in_func這個代碼塊包含在out_func中
        print(a)

        #out_func函數中的b不能擴展到in_func中，由於在in_func中，b從新綁定到了不一樣的對象上，因此在out_func中的b的做用域不能擴展到in_func中。
        b = 1

在Python中，定義在類代碼塊中名字只能在類中可見，而且類中的名字的做用域不能擴展到類中的方法中。若是在類定義中出現了生成器表達式和列表展開，那麼類中的名字也不能擴展到這些表達式中，由於列表展開和生成器表達式的實現都是使用函數做用域的。

class C:
    a = 0

    # 在列表表達式中，a會由於未定義而拋出NameError異常
    b = list(a + i for i in range(10))

    def method(self):
        #因爲定義在類中的名字不能擴展到方法中，因此下面的語句是錯誤的，會拋出a未定義的NameError異常
        print(a)

當在一個代碼塊中使用一個名字的時候，會對最近的外圍做用域進行解析，以查找這個名字。全部的這些在當前代碼塊中可見的做用域的集合，稱爲
當前的代碼塊的環境。

名字綁定和做用域的關係

若是一個名字綁定到一個代碼塊中，除非這個名字聲明爲nonlocal(nonlocal聲明的做用是：使得變量在外圍做用域中，在全局做用域以前被解析)，不然這個名字就是這個代碼塊的局部變量。若是一個名字被綁定到模塊級別，則這個名字的做用域是全局的，這個變量是全局變量(模塊中的變量，對於模塊而言是局部變量，而對於模塊中的代碼塊而言，則是全局變量)。若是一個名字在一個代碼塊中使用，可是不是在這個代碼塊中被定義的，則這個變量就是一個自由變量。

名字綁定相關的異常

若是在進行名字查找的時候，名字沒有被找到，則會拋出一個 NameError 異常，若是名字引用的是一個局部變量，可是這個名字尚未被綁定到這個局部變量，則會拋出一個 UnboundLocalError 異常（UnboundLocalError 是 NameError的子類）。

發生名字綁定行爲的狀況

發生名字綁定的行爲主要有：

• 一般的給函數傳遞參數的時候，參數名會和傳遞過來的對象進行綁定
• 使用import語句進行導入的時候，其中 from ... import * 語句會將被導入的模塊中的全部能夠被導入的名字進行綁定操做
• 類定義的時候
• 函數定義的時候
• 進行賦值操做的時候
• 在for循環的for語句中
• 在with語句中的as後面
• 在expect語句中的as後面

Python中的名字綁定的Pitfall

在Python中，名字綁定的一些規則，會致使在使用名字的時候，出現不能理解的錯誤，特別是對於有C、C++ 和 Java經驗的用戶。

在Python中，名字綁定操做不管發生在當前塊的 任何 位置，在這個代碼塊中對這個名字的引用都會使用在當前塊中綁定的對象。那麼，問題就來了，若是咱們在名字綁定操做發生以前對這個名字進行了引用，那麼就會出現錯誤，拋出 UnboundLocalError 異常。

>>> a = 10
>>> def function():
    print(a)
    a = 20      # a的綁定操做發生在print以前

    
>>> function()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#5>", line 1, in <module>
    function()
  File "<pyshell#4>", line 2, in function
    print(a)
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

在Python中，代碼塊中的局部變量能夠經過掃描整個代碼塊來得到綁定的名字，因此在上面的代碼中，a這個名字在執行print的時候經過對代碼塊的掃描已經被找到，可是名字a的綁定操做卻尚未發生，因此出現了錯誤。

在上面的代碼中，若是咱們須要外面定義的全局變量a，則可使用global 語句進行聲明。

>>> a = 10

>>> def function():
    global a
    print(a)
    a = 20      #這裏並不引入新的名字，而是將全局變量a綁定到20上

    
>>> function()
10

>>> a
20

global 語句的做用是，使得後面對經過這條語句聲明的對象的引用，使用的是頂層名字空間中的名字。在頂層名字空間中，包含了全局名字空間和內建名字空間，全局名字空間會首先被搜索，若是沒有找到，會對內建名字空間進行搜索。global 語句必須出如今名字使用以前。

若是在外圍做用域中的自由變量包含了一個global聲明，則這個自由變量被認爲是全局的。

內建名字空間

在查找內建名字空間的時候，會訪問當前代碼塊的全局名字空間中的 __builtins__名字，這個名字引用的是一個名字字典或者是一個模塊。在 __main__ 模塊中， __builtins__ 的引用是內建模塊 builtins，然而，若是是在其餘模塊中， __builtins__ 引用的是 builtins 模塊的名字字典。

注意：
CPython的實現中，不能手動修改 __builtins__ 這個變量，若是須要覆蓋這個內建名字空間中的名字，須要導入 builtins 模塊，而後修改這個模塊中相應的屬性。

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Reference

Naming and binding