Python变量作用域详解

看着屏幕上的数字一直没动，写代码的人愣了好半天，才反应过来问题不是算法，是“作用域”这玩意儿。

现场就是这样：一个函数套着另一个函数，外层有个变量，内层想去改它，结果改的好像是自己口袋里的零钱。程序跑出来不是预期的值，打印的还是老一套。把代码倒着推，最后在那句赋值语句上定住了：赋值会在当前函数里新建一个名字，外面的同名名字被掩盖了。话说白了，就是名字一样，可不是指向同一个内存位，这点常常被忽视，常常把人坑得一脸懵。

要把这事儿弄清楚，先把“四个圈”讲清楚。这四个圈是变量可见性的层级，从里往外依次是：局部、嵌套（也叫闭包、外层函数的局部）、模块级的全局、最外面的内置。查名字的时候，Python是按这顺序找的：先在最里层找，没找到就往外一层一层找，最后去内置表里碰碰运气。许多人就是靠这套顺序来判断一个名字到底指哪儿。

局部圈就是函数体里那块小天地。函数运行的时候会给自己挖个沙箱，一般所有没有特殊声明的赋值都会在这里新建名字。这个名字的生命周期和函数调用绑在一起，函数一跑完，这些名字就没了。

再往外是嵌套函数的圈。要是一个函数在另一个函数里定义，内层可以看到外层的名字。问题就在这儿：内层如果对外层的名字做赋值，默认情况下它会新建自己的局部名字，这就造成了“我能读但不能写”的局面。许多人就是被这条规则绊倒的——以为能改，结果只是改了自己的影子。

再外一层是模块级的全局名字。你在文件顶层定义的变量，整个模块都能看到。在函数里想改它，不特别说明，赋值会造出一个新的局部名字，和全局那个不是一回事。

最外面那圈是内置作用域，放着Python自带的名字，列如 print、len、int、Exception 之类。如果前面几圈都没这个名字，才会去内置表里找。内置函数大致分几类：数学运算、类型转换、输入输出以及常见的异常名。像 print、len、int、str、float，还有 ValueError、TypeError 这种异常名字，都在这儿。

用实例来讲会更直观。看这段伪代码，是常见的坑：

def outer():

count = 0

def inner():

count = count + 1

inner()

print(count)

这段代码会报错（UnboundLocalError），或者你以为应该打印 1，结果不是。缘由就在 inner 里那句赋值：由于出现了赋值语句，Python 在编译 inner 的时候就把 count 认定为 inner 的局部变量，但在执行 count = count + 1 时，右边的 count 还没被赋值，所以会出错。把思路倒过来想一下：进入 inner 的时候，名字的作用域早就在编译阶段被确定了，赋值语句决定了名字的身份，这比你运行时的想法更先一步。

解决办法有两把钥匙。一个是 global，用来告知函数“你操作的是模块级的那个名字”。另一个是 nonlocal，说明“你操作的是外层函数的那个名字，而不是新造一个”。写法像这样：

count = 0

def outer():

def inner():

global count

count += 1

inner()

或者当你想修改紧邻外层函数的局部变量，写成：

def outer():

count = 0

def inner():

nonlocal count

count += 1

inner()

print(count)

注意这两招有各自的适用场景，用错了会报语法错误或者不起作用。global 只能指向模块级变量，nonlocal 只在嵌套函数里指向外层局部变量。

还有一点老生常谈但容易忘：可变对象和不可变对象的区别。像列表、字典是可变的，内层函数如果只是修改对象内容（比方说 append），一般不需要 nonlocal，由于你并没有把名字重新绑定到另一个对象上，你只是改了对象内部。例如：

def outer():

lst = []

def inner():

lst.append(1)

inner()

print(lst) # 会打印 [1]

但如果你用直接赋值 lst = […] 的方式，那就是重绑定名字，会触发局部创建机制，这种情况就需要 nonlocal 来声明。

再说说名字遮蔽的问题。外层有个 len 变量，内层又定义了 len，那么内层的 len 会把全局或内置的 len 挡住。结果你在内层想用内置 len 计算长度，反而出错。用同名变量是可以的，但要小心，一不注意就把方便的内置函数挡住了。遇到奇怪问题，优先检查最近的作用域里有没有和常用名字同名的变量。

把时间线拉长一点，看程序员常犯的其他错误。许多人习惯在函数里乱用赋值，或者随手复用了常见名字。如果某个赋值不小心用了外层同名的变量，就会悄悄把外层变量替换成局部变量。调试时常见画面是：你在内层打印到处都正常，外层一点动静都没有。定位到名字遮蔽后，一般有两种修法：换个名字，或者用 nonlocal/global 明确说明。

调试时的好习惯是把变量声明写清楚，不要随意复用常见名字。写模块级变量时尽量避免和内置函数同名。写嵌套函数的时候，先想想你到底是要读外层变量，还是要修改它。如果只是读，直接用就行；如果想改，思考把修改逻辑放到外层，或者用 nonlocal。如果是模块级的状态，频繁改全局变量会让程序状态难以追踪，尽量避免滥用 global。

现场那个人最后把逻辑拆开了，要么把修改放回外层函数，要么在内层加上 nonlocal 声明，问题就解决了。调试过程有点像剥洋葱，一层层往外看，最后发现不是算法的锅，是名字在不同圈里同名但指向不同东西。遇到变量莫名其妙不变，先别急着怀疑逻辑，先问一句最近的作用域里有没有玩“同名遮蔽”的把戏。