Python的名字绑定

Python的名字绑定

在Python中，对象是通过名字进行关联和引用的。Python通过名字绑定操作来引入名字。

Python中的所谓的代码块就是一段作为执行单元的程序。比如：模块、函数、类定义。在交互式环境中输入的命令也是代码块的一种。一个Python脚本文件也是一个代码块。还有就是，当我们在命令行上使用-c选项指定的命令也是一个代码块。传递给内建函数eval()和exec()的字符串参数也是代码块的一种。

代码块是以执行帧的方式被执行的，一个执行帧包含了一些管理信息，可以用于调试。执行帧还会在执行完当前的代码块以后指定在何处，以怎样的方式执行接下来的代码。

Python中的作用域定义了名字在代码块中的可见性。如果在代码块中定义了一个局部变量，那么这个局部变量的作用域就是所在的这个代码块。如果这个定义发生在函数体内，则这个变量的作用域就扩展到包含在这个函数中的任何代码块中，但是，如果包含在这个函数中的一个代码块中，同样的名字被绑定到了不同的对象上，那么外面的名字将不能被扩展到这个代码块中。


def out_func():
#a的作用域在out_func这个函数中
a = 0
b = 0
def in_func():
#a的作用域从out_func扩展到了in_func中，因为in_func这个代码块包含在out_func中
print(a)#out_func函数中的b不能扩展到in_func中，因为在in_func中，b重新绑定到了不同的对象上，所以在out_func中的b的作用域不能扩展到in_func中。
b = 1

在Python中，定义在类代码块中名字只能在类中可见，并且类中的名字的作用域不能扩展到类中的方法中。如果在类定义中出现了生成器表达式和列表展开，那么类中的名字也不能扩展到这些表达式中，因为列表展开和生成器表达式的实现都是使用函数作用域的。


class C:
a = 0# 在列表表达式中，a会因为未定义而抛出NameError异常
b = list(a + i for i in range(10))def method(self):
#由于定义在类中的名字不能扩展到方法中，所以下面的语句是错误的，会抛出a未定义的NameError异常
print(a)

当在一个代码块中使用一个名字的时候，会对最近的外围作用域进行解析，以查找这个名字。所有的这些在当前代码块中可见的作用域的集合，称为

当前的代码块的环境。

名字绑定和作用域的关系

如果一个名字绑定到一个代码块中，除非这个名字声明为nonlocal(nonlocal声明的作用是：使得变量在外围作用域中，在全局作用域之前被解析)，否则这个名字就是这个代码块的局部变量。如果一个名字被绑定到模块级别，则这个名字的作用域是全局的，这个变量是全局变量(模块中的变量，对于模块而言是局部变量，而对于模块中的代码块而言，则是全局变量)。如果一个名字在一个代码块中使用，但是不是在这个代码块中被定义的，则这个变量就是一个自由变量。

名字绑定相关的异常

如果在进行名字查找的时候，名字没有被找到，则会抛出一个 NameError 异常，如果名字引用的是一个局部变量，但是这个名字还没有被绑定到这个局部变量，则会抛出一个 UnboundLocalError 异常（UnboundLocalError 是 NameError的子类）。

发生名字绑定行为的情况

发生名字绑定的行为主要有：

• 通常的给函数传递参数的时候，参数名会和传递过来的对象进行绑定
• 使用import语句进行导入的时候，其中 from ... import * 语句会将被导入的模块中的所有可以被导入的名字进行绑定操作
• 类定义的时候
• 函数定义的时候
• 进行赋值操作的时候
• 在for循环的for语句中
• 在with语句中的as后面
• 在expect语句中的as后面

Python中的名字绑定的Pitfall

在Python中，名字绑定的一些规则，会导致在使用名字的时候，出现不能理解的错误，特别是对于有C、C++ 和 Java经验的用户。

在Python中，名字绑定操作无论发生在当前块的 任何 位置，在这个代码块中对这个名字的引用都会使用在当前块中绑定的对象。那么，问题就来了，如果我们在名字绑定操作发生之前对这个名字进行了引用，那么就会出现错误，抛出 UnboundLocalError 异常。


>>> a = 10
>>> def function():
print(a)
a = 20# a的绑定操作发生在print之前>>> 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，代码块中的局部变量可以通过扫描整个代码块来获得绑定的名字，所以在上面的代码中，a这个名字在执行print的时候通过对代码块的扫描已经被找到，但是名字a的绑定操作却还没有发生，所以出现了错误。

在上面的代码中，如果我们需要外面定义的全局变量a，则可以使用global 语句进行声明。


>>> a = 10>>> def function():
global a
print(a)
a = 20#这里并不引入新的名字，而是将全局变量a绑定到20上>>> function()
10>>> a
20

global 语句的作用是，使得后面对通过这条语句声明的对象的引用，使用的是顶层名字空间中的名字。在顶层名字空间中，包含了全局名字空间和内建名字空间，全局名字空间会首先被搜索，如果没有找到，会对内建名字空间进行搜索。global 语句必须出现在名字使用之前。

如果在外围作用域中的自由变量包含了一个global声明，则这个自由变量被认为是全局的。

内建名字空间

在查找内建名字空间的时候，会访问当前代码块的全局名字空间中的 __builtins__名字，这个名字引用的是一个名字字典或者是一个模块。在 __main__ 模块中， __builtins__ 的引用是内建模块 builtins，然而，如果是在其他模块中， __builtins__ 引用的是 builtins 模块的名字字典。

注意：

CPython的实现中，不能手动修改 __builtins__ 这个变量，如果需要覆盖这个内建名字空间中的名字，需要导入 builtins 模块，然后修改这个模块中相应的属性。

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Reference

Naming and binding