Python中的變量做用域，LEGB規則和閉包原理

問題來源

　　最近看到了一個python程序題，就三行代碼，卻思考了好久才考慮明白，決定分享一下。

def num():
    return [lambda x:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in num()])

預計結果爲：0, 2, 4, 6
實際輸出爲：6, 6, 6, 6

思路分析

其實把上面的代碼拆分一下，等價於下面的代碼

def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lamb(x):
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lamb)
    return fun_lambda_list

咱們再把上面的代碼加兩行print輸出，讓結果看的更加明顯：

PS:locals() 函數會以字典類型返回當前位置的所有局部變量。

def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lamb(x):
            print('Lambda函數中 i {} 命名空間爲：{}:'.format(i, locals()))
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lamb)
        print('外層函數 I 爲：{} 命名空間爲:{}'.format(i, locals()))
    return fun_lambda_list

fl = func()
fl[0](1)
fl[1](1)
fl[2](1)
fl[3](1)

咱們會發現，打印的結果爲：

外層函數 I 爲：0 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>], 'i': 0}
外層函數 I 爲：1 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>], 'i': 1}
外層函數 I 爲：2 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>], 'i': 2}
外層函數 I 爲：3 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837620>, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837598>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x00000116B6837620>], 'i': 3}
Lambda函數中 i 3 命名空間爲：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函數中 i 3 命名空間爲：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函數中 i 3 命名空間爲：{'x': 1, 'i': 3}:
Lambda函數中 i 3 命名空間爲：{'x': 1, 'i': 3}:

　　能夠發現：四次循環中外層函數命名空間中的 i 從 0-->1-->2-->3 最後固定爲3，而在此過程當中內嵌函數lamb函數中由於沒有定義 i 因此只有lamb函數動態運行時，在本身命名空間中找不到 i 纔去外層函數複製 i = 3 過來，結果就是全部lamb函數的 i 都爲 3，致使得不到預計輸出結果：0，2，4，6 只能獲得 6，6，6，6。

解決辦法

變閉包做用域爲局部做用域

def func():
    fun_lambda_list = []
    for i in range(4):
        def lambda_(x,i=i):
            print('Lambda函數中 i {} 命名空間爲：{}:'.format(i, locals()))
            return x*i
        fun_lambda_list.append(lambda_)
        print('外層函數 I 爲：{} 命名空間爲:{}'.format(i, locals()))
    return fun_lambda_list

fl = func()
fl[0](1)
fl[1](1)
fl[2](1)
fl[3](1)

View Code

外層函數 I 爲：0 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, 'i': 0, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>]}
外層函數 I 爲：1 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, 'i': 1, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>]}
外層函數 I 爲：2 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>, 'i': 2, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>]}
外層函數 I 爲：3 命名空間爲:{'lambda_': <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227620>, 'i': 3, 'fun_lambda_list': [<function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227488>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227510>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227598>, <function func.<locals>.lambda_ at 0x0000021F12227620>]}
Lambda函數中 i 0 命名空間爲：{'i': 0, 'x': 1}:
Lambda函數中 i 1 命名空間爲：{'i': 1, 'x': 1}:
Lambda函數中 i 2 命名空間爲：{'i': 2, 'x': 1}:
Lambda函數中 i 3 命名空間爲：{'i': 3, 'x': 1}:

輸出結果

　　因此，再回到最開始的那段代碼。lambda x: x*i 爲內層（嵌）函數，他的命名空間中只有 {'x': 1} 沒有 i ，因此運行時會向外層函數（這兒是列表解析式函數 [ ]）的命名空間中請求 i 。而當列表解析式運行時，列表解析式命名空間中的 i 通過循環依次變化爲 0-->1-->2-->3 最後固定爲 3 ，因此當 lambda x: x*i 內層函數運行時，去外層函數取 i 每次都只能取到 3。

　　將代碼改爲下面這樣輸出就會變成0，2，4，6.

def num():
    return [lambda x,i=i:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in num()])

LEGB規則

　　只有函數、類、模塊會產生做用域，代碼塊不會產生做用域。做用域按照變量的定義位置能夠劃分爲4類：

Local(函數內部)局部做用域

Enclosing（嵌套函數的外層函數內部）嵌套做用域（閉包）

Global（模塊全局）全局做用域

Built-in（內建）內建做用域

　　python解釋器查找變量時，會按照順序依次查找局部做用域--->嵌套做用域--->全局做用域--->內建做用域，在任意一個做用域中找到變量則中止查找，全部做用域查找完成沒有找到對應的變量，則拋出 NameError: name 'xxxx' is not defined的異常。