Python 全局空间与局部空间：命名空间、变量作用域及 LEGB 原则详解
本文深入解析 Python 中的全局空间与局部空间概念，详细阐述内建、全局及局部三种命名空间的创建与销毁顺序。通过对比全局变量与局部变量的作用域与生命周期，说明 global 和 nonlocal 关键字在修改变量时的具体行为。重点解读 LEGB 变量查找原则，并结合 globals() 和 locals() 函数的使用示例，帮助开发者清晰理解变量可见性及嵌套函数中的变量访问机制。
一、空间和局部空间
1、命名空间
引入命名空间的概念旨在界定变量的可见范围及其生命周期；该概念所覆盖的区域即被称为作用域。系统通过类似字典的结构划分区域来存储所有数据，建立变量名与具体值之间的映射关系。Python 中主要包含三种类型的命名空间。
内建命名空间： 在解释器启动时自动生成，直至解释器完全关闭才销毁，拥有最长的生存周期； 全局命名空间： 在模块文件开始运行时创建，直到解释器运行结束才销毁，生存周期次之； 局部命名空间： 仅在函数被调用时生成，内部局部变量随之创建，函数调用结束后立即释放，生存周期最短； 创建和销毁顺序 创建顺序： Python 解释器启动 -> 创建内建命名空间 -> 创建全局命名空间 -> 创建局部命名空间 销毁顺序： 函数调用结束后 -> 销毁函数对应的局部命名空间数据 -> 销毁全局命名空间数据 -> 销毁内建命名空间数据
2、全局变量和局部变量
什么是全局和局部变量：
局部变量是指在函数内部定义的变量，它们位于局部命名空间中，其可见范围仅限于函数内部，即只能在函数代码块内被使用。
# 在函数中创建的变量就是局部变量
def func():
var = '局部变量'
# 局部变量不可以在非对应局部环境中使用
print(var) # error, 该变量不存在全局变量是指在函数外部定义的变量，或者通过 global 关键字在函数内部显式声明的变量。全局变量位于全局命名空间中，其作用域覆盖整个文件，意味着在整个文件的任意位置均可访问该全局变量。
# 在全局环境中创建的变量就是全局变量
var = '全局变量'
def func():
# 在局部中也可以使用全局变量
print(var) # 全局变量
func()建议避免局部变量与全局变量同名。若两者同名，在局部作用域内将无法直接访问同名的全局变量，因为局部变量会遮蔽全局变量。
var = '全局变量'
def func():
# 先使用了全局变量
print(var) # error, 找不到该变量
# 然后局部变量和全局变量同名，那么新的局部变量就会在局部空间中覆盖了全局变量的一切影响力，这就叫做局部变量修改了全局变量；
# 这样的话导致在局部空间中无法在使用该全局变量，之前在局部空间中使用的该变量就成为了先调用后定义；导致出错。
var = '局部变量'
print(var)
func()
# 但是局部同名变量不会影响到全局变量的值
print(var) # 全局变量内置函数属于内建命名空间范畴，指的是 Python 解释器自带提供的函数集合。
3、作用域
局部变量作用域：局限于函数内部 全局变量作用域：覆盖整个文件
4、生命周期
内置变量 -> 全局变量 -> 局部变量 内置变量的生命周期从 Python 程序启动时开始，直到程序彻底结束才会被释放； 全局变量的生命周期从创建时刻开始，直至程序结束或被显式清除才会释放； 局部变量的生命周期从创建时刻开始，直到所在局部空间执行完毕或被清除即告释放；
5、全局部函数和关键字的使用
函数
globals()
返回当前全局作用域内的所有内容。
若在全局代码块中调用 globals，获取的是调用前已存在的所有变量，返回一个字典对象，反映全局空间的作用域状态；
# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3
# 调用globals函数
res = globals()
# 第一次打印，包含a b c
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''
# 再定义一些变量
d, e, f = 1, 2, 3
# 第二次打印，包含a b c d e f
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002DBDCA5D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''
若在局部函数内部调用 globals，获取的是调用时刻之前的所有全局变量，返回字典对象，同样反映全局空间的作用域；
# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3
# 在局部环境中使用globals函数
def func():
res = globals()
print(res)
# 调用函数
func()
'''
结果：不包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001E7C287D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x000001E7C2772F28>}
'''
# 再定义一些全局变量
d, e, f = 4, 5, 6
# 第二次调用函数
func()
'''
结果：包含 d e f
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000021A3F3DD198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'func': <function func at 0x0000021A3F2D2F28>, 'd': 4, 'e': 5, 'f': 6}
'''globals 函数可用于动态创建全局变量
dic = globals()
print(dic) # 返回系统的字典
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000026F357ED198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}}
'''
# 在全局的字典当中，通过添加键值对，自动创建全局变量，对应的键是变量名，对应的值是变量指向的值
dic['msr123123123'] = '123456'
print(msr123123123) # 123456
# 查看全局内容
print(dic)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000161D944D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test6.py', '__cached__': None, 'dic': {...}, 'msr123123123': '123456'}
'''
locals()
返回当前所在作用域内的所有内容。 若在全局代码块中调用 locals 之后，获取的是调用前已存在的所有变量，返回字典对象，反映全局空间的作用域；
# 定义一些全局变量
a, b, c = 1, 2, 3
# 调用locals函数
res = locals()
# 第一次打印，包含a b c
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}}
'''
# 再定义一些变量
d, e, f = 1, 2, 3
# 第二次打印，包含a b c d e f
print(res)
'''
结果：
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000018C82A3D198>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:/0-project/python/mymsr/ceshi/test1.py', '__cached__': None, 'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'res': {...}, 'd': 1, 'e': 2, 'f': 3}
'''
若在局部函数内部调用 locals 之后，获取的是调用时刻之前的所有局部变量，返回字典对象，反映局部空间的作用域；
# 定义一些局部变量
def func():
# 局部变量
aa, bb, cc = 11, 22, 33
# 第一遍调用
res = locals()
# 第一次打印，包含 aa bb cc
print(res) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}
# 再定义一些局部变量
dd, ee, ff = 44, 55, 66
# 第二次打印，不包含 dd ee ff
print(res) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11}
# 调用第二遍
res2 = locals()
# 打印第一次的调用，包含 dd ee ff
print(res) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
# 打印第二次的调用，包含 dd ee ff
print(res2) # {'cc': 33, 'bb': 22, 'aa': 11, 'ff': 66, 'ee': 55, 'dd': 44, 'res': {...}}
# 调用函数，返回在函数中的局部变量
func()关键字
global
在局部环境中定义的变量默认为局部变量，在全局环境中不可见。但若使用 global 关键字声明，则该变量变为全局变量，可在整个全局环境中使用。
def func():
var = '局部变量'
global glvar
glvar = '全局变量'
# 一定要执行局部环境哟
func()
# 全局环境中
print(var) # error，局部变量不能调用
# 使用global定义的变量是全局变量
print(glvar) # 全局变量在局部环境中默认无法直接修改全局变量的值，使用 global 关键字可以在局部环境中修改全局变量的值。
var = '全局变量'
def func():
global var
var = '局部环境中修改'
func()
print(var) # 局部环境中修改6、函数的嵌套
在深入理解 nonlocal 之前，需要先掌握关于函数嵌套的基础知识。
内函数和外函数
函数之间支持相互嵌套，外层调用的称为外函数，被包裹在内的称为内函数。
def outer():
print('我叫outer，是外函数')
def inner():
print('我叫inner，在outer的里面，是内函数')
# 在外函数中执行内函数
inner()
# 执行外函数
outer()
'''
结果：
我叫outer，是外函数
我叫inner，在outer的里面，是内函数
'''- 内函数不能直接在外函数之外执行调用
- 即使调用了外函数，内函数也不可以在函数外部被直接调用
- 内函数仅可以在外函数的代码块内部被调用
- 内函数在外函数内部调用时，存在严格的先后顺序，必须先定义后调用。这是因为 Python 没有预读机制，这一特性适用于 Python 中的所有代码场景。
# 外层是outer，内层是inner，最里层是smaller，调用smaller里的所有代码
def outer():
print('我叫outer，是最外层函数，是inner和smaller的外函数')
def inner():
print('我叫inner，是outer的内函数，是smaller的外函数')
def smaller():
print('我叫smaller，是outer和inner的内函数')
# 先在inner中执行smaller
smaller()
# 然后在outer中执行inner
inner()
# 最后再执行outer才能执行smaller函数
outer()
'''
结果：
我叫outer，是最外层函数，是inner和smaller的外函数
我叫inner，是outer的内函数，是smaller的外函数
我叫smaller，是outer和inner的内函数
'''在多层函数嵌套时需注意，无论外函数还是内函数，本质上都是函数，因此函数内部定义的变量均为局部变量。 内函数可以访问外函数的局部变量，但外函数无法直接使用内函数定义的局部变量。
二、LEGB 原则
LEGB 原则是一种就近查找变量的规则，依据该原则，变量查找顺序是从下往上、从里向外依次进行。
B————Builtin（Python）：Python 内置模块的命名空间 （内建作用域） G————Global（module）：函数外部所在的命名空间 （全局作用域） E————Enclosing Function Locals：外部嵌套函数的作用域（嵌套作用域） L————Local（Function）：当前函数内的作用域 （局部作用域）
nonlocal
现在正式学习 nonlocal 关键字，nonlocal 的作用是修改当前局部环境中上一层的局部变量。根据此作用可知，nonlocal 的使用环境至少涉及两级嵌套，且外层局部环境中必须存在一个同名的局部变量。
def outer():
# 定义变量
lvar = 'outer var'
def inner():
# 内函数使用nonlocal修改上一层的局部变量
nonlocal lvar
lvar = 'inner var'
# 执行inner函数
inner()
print(lvar)
outer() # inner var假如上一层的局部环境中没有这个变量怎么办，那么就根据 LEGB 原则向上寻找。
def outer():
# 定义变量
lvar = 'outer var'
def inner():
def smaller():
# smaller中修改变量，但是inner中没有，就向上寻找修改outer中的变量
nonlocal lvar
lvar = 'smaller var'
# 执行 smaller函数
smaller()
# 执行inner函数
inner()
print(lvar)
# 执行outer函数
outer()如果层层寻找，直到最外层的函数中也没有这个变量，那么就会报错，因为 nonlocal 只会修改局部变量，如果超出范围，就会报错。
var = 1 # 变量在最外层的函数之外，也就是全局变量，nonlocal无法修改
def outer():
def inner():
def smaller():
nonlocal var # error，没有局部变量
var = 2
print(var)
smaller()
inner()
outer()
三、总结
全局变量和局部变量
局部环境中可以调用全局变量，但是不能修改（但是如果全局变量是可变数据则可以修改其中的值） 全局环境中不能调用局部变量 也不能修改
函数 global() （在函数内部使用，可以对全局变量进行操作）
- 1、可以在局部环境中定义全局变量
- 2、可以在局部环境中修改全局变量
nonlocal() （在内函数中使用，可以在内函数中修改外函数中的局部变量）
关键字:
locals 1、locals 获取当前作用域当中所有的变量 如果在全局调用 locals 之后，获取的是打印之前的所有变量，返回字典，全局作用域 如果在局部调用 locals 之后，获取的是调用之前的所有变量，返回字典，局部作用域
globals 2、globals 只获取全局空间中的所有变量 如果在全局调用 globals 之后，获取的是打印之前的所用变量，返回字典，全局作用域 如果在局部调用 globals 之后，获取的是调用之前的所用变量，返回字典，全局作用域
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