10 - 函数嵌套-作用域-闭包-LEGB-函数销毁

目录

• 1 函数嵌套
• 2 作用域
  • 2.1 global关键字
• 3 闭包
  • 3.1 nonlocal关键字
• 4 默认值的作用域
• 5 变量名解析原则LEGB
• 6 函数的销毁

1 函数嵌套

        一个函数中存在另外一个函数(定义/调用)，这种方式我们称之为函数嵌套。所以：函数的嵌套主要分为嵌套调用，以及嵌套定义。

函数的嵌套调用
def max2(a,b):   # 判断两个变量的最大值
    return a if  a > b else b

def max4(a,b,c,d):  # 判断四个变量的最大值
    res1 = max2(a,b)  # 函数的嵌套调用
    res2 = max2(res1,c)
    res3 = max(res2,d)
    print(res3)

max4(10,100,21,99)

函数的嵌套定义
def func1():
    print('from func1')
    def func2():
        print('from func2')
        def func3():
            print('from func3')
        func3()  # 只有在func2中才能调用内部定义的函数func3
    func2()

func1()

注意：在函数的内部定义函数，只能在函数内部进行调用，在其他地方是无法进行调用，强行调用就会提示NameError异常，所以说函数是有可见范围的，这就涉及到了作用域了

2 作用域

        一个标识符的可见范围，叫做标识符的作用域。一般常说的是变量的作用域。根据作用的范围主要分为全局作用域和局部作用域。

• 全局作用域：在整个程序运行环境中都可见
• 局部作用域：在函数、类的内部可见，并且使用范围不能超过所在的局部作用域(比如在函数内部定义了一个变量x，我在全局使用变量x是不行的。)

x = 1   # 全局变量
def outer():
    def inner():
        y = 100   # 局部变量
        print(x)
    inner()

outer()
print(y)

• 全局变量x在全局生效，所以内部函数inner是可以打印x的
• 局部变量y只在inner内部生效，所以在全局print(y) 是无法调用局部变量y的

观察下面的例子：

x = 1
def outer():
    def inner():
        x += 1
        return x
    inner()
outer()

代码是从上到下执行的，所欲这样写也没什么毛病，但是这里这个例子是无法执行的，为什么呢？

1. x作为全局变量，在inner内部是可见的
2. 在定义函数的阶段，Python的函数是作为一个整体一起被解释的。
3. inner函数在解释时，解释器发现在inner内部对x进行了定义(x += 1)，那么它就不会在调用全局变量x，而是标识x是局部定义的变量
4. 而在执行x+=1的时候，inner内部的x还没有被定义，所以会提示x在定义前被执行了。(x += 1 --> x = x + 1 ,预先求 x + 1 时提示的)。

如何解决呢？有两种方法：更换变量名称、声明当前变量非本地变量(global)

x = 1
def outer():
    def inner():
        y = x + 1    # 这里定义的y是局部变量，而x来自于全局变量
        return y
    return inner()
print(outer())

2.1 global关键字

我们通过在函数内部使用global关键字来声明一个变量不是局部变量，而是一个全局变量。

def outer():
    def inner():
        global x   # 在函数内部声明一个全局变量，全局不存在时新建全局变量x，全局变量x存在时，则使用全局变量x
        x = 10   # 修改全局变量x的值
    inner()

outer()
print(x)

虽然全局变量x，在全局没有被定义，但是由于在函数内部使用了global关键字，所以x就变成了全局变量了。使用了global关键字，那么之前的例子就可以进行如下修改了

x = 1
def outer():
    def inner():
        global x  # 使用全局变量x
        x += 1  # 这里的x是全局变量，那么对x的修改必然会作用域全局
        return x
    inner()
outer()
print(x) # 2   , 在函数内部把全局变量x给修改了！！！

针对global的总结：

1. 外部作用域变量在内部作用域是可见的，但是不要在内部函数中直接使用或者修改，因为函数的目的就是为了封装，尽量与外界隔离。
2. 如果函数需要使用外部全局变量，请尽量使用函数的形参定义，在调用时传递实参来使用
3. 建议不要使用global。

3 闭包

        在很多编程语言中都存在闭包的概念，那什么是闭包呢？闭包其实就是一个概念，出现在嵌套函数中，指的是：内层函数引用到了外层函数的自由变量，就形成了闭包

自由变量：未在本地作用域中定义的变量，比如在嵌套函数的外层定义的变量(非全局变量)，对内层来说，这个变量就叫做自由变量。

def outer():
    c = [1]
    def inner():
        c[0] = 1
        return c
    return inner()
a = outer()
print(a)

注意：上面这个例子比较特殊，首先它是一个闭包，在inner函数内引用了外层函数的自由变量C。因为这里的c是一个引用类型，我们可以直接通过c来操作c中的元素，但是没办法对c本身进行修改，即c += [1,3]。看似是列表拼接，但是它会重新对c进行声明，这就引发了之前的问题，内部函数inner没有定义c，所以会报错！所以当c不是引用类型的话，我们就没办法修改了吗？当然不是，可以使用global把c声明为全局变量，但是这就不是闭包了，所以这里就需要使用nonlocal了(python 3 特有)。

疑问？我们都说函数执行完毕后，函数的内部变量将会被回收，这里的outer执行完毕后，那么变量c应该会被回收啊，为什么还能被内层的inner找到呢？这是因为在定义阶段，解释器解释到inner函数时，由于函数是作为一个整体被解析的，所以解释器知道在inner内部引用了外部的变量，所以在执行函数outer时，并不会回收已被内部函数inner引用的自由变量c。

3.1 nonlocal关键字

        使用了nonlocal关键字，将变量标记为不在本地作用域定义，而在上一级局部作用域中定义，但不能是全局作用域中定义。

nonlocal只能用在嵌套函数的内部

def outer():
    c = 100
    def inner():
        nonlocal c  # 声明不是本地的c（引用上级目录的c)
        c += 200   # 对c进行修改
        return c
    print('内',c)   # 100
    c = 1000
    return inner

a = outer()
print('外',a)  # 1200

4 默认值的作用域

        在Python中，一切皆对象，函数也不列外，当我们给函数定义默认值时，Python会把它存放在函数的属性中，这个属性值就伴随这个函数对象的整个生命周期。

foo.__defaults__属性查看函数的默认值属性

In [77]: import random
    ...:
    ...: def add(x=set(),y=[]):
    ...:     x.add(random.randint(1,10))
    ...:     y.append(1)
    ...:     # print(x)
    ...:     # print(y)
    ...:
    ...: print(add(),id(add))
    ...: print(add.__defaults__)
    ...:
    ...: print(add(),id(add))
    ...: print(add.__defaults__)
None 2721081985904
({1}, [1])
None 2721081985904
({1, 10}, [1, 1])

        仔细查看输出结果，发现函数地址没有变，也就是说函数这个对象没有变，但是我们发现每次它的__default__属性都会发生变化，这是为什么呢？这是因为sed和list的默认值都是引用类型，它们引用的都是函数在定义时定义的默认值中。 虽然函数执行完就释放了内存空间，也是由于引用类型，指向默认空间的指针没了，但是已经在调用时改变了默认值空间的对象中的元素，所以在下一次再次调用时此时默认值空间的元素已经被改变了。所以当函数的默认值为引用类型时，这点要特别的注意了

解决办法：

• 在定义时使用引用类型时，在函数内部使用前先进行copy。
• 在定义函数时默认使用None值，在函数内判断如果是None则开辟一个引用类型。

5 变量名解析原则LEGB

        变量的解析原则，也可以理解为变量的查找顺序：

• L(Local): 本地作用域、局部作用域的local命名空间。函数调用是创建，调用结束消亡
• E(Enclosing): Python 2.2时引入嵌套函数，实现了闭包，这个就是嵌套函数的外部函数的命名空间
• G(Global): 全局作用域，即一个模块的命名空间。模块被import时创建，解释器退出时消亡
• B(Build-in): 内置模块的命名空间，生命周期从Python解释器启动时创建到解释器退出时消亡。例如print函数、open函数等。

变量查找的规则为 L > E > G > B，即：先本地后嵌套再全局最后是内置函数中

6 函数的销毁

全局函数：

• 重新定义同名函数
• del 语句删除函数名称，函数对象引用计数减1
• 程序结束时

局部函数：

• 重新在上级作用域定义同名函数
• del 语句删除函数名称，函数对象的引用计数减1
• 上级作用域销毁时