一个变量只在一些python嵌套函数定义的范围内，而不是全部，为什么？

Question

在下面的代码中：

def f():
    a = 'x'

    def g():
        print(a)
        if a == 'x':
            return True
        return False

    def h():
        print(a)
        def i():
            a = a + a
            return a

        a = i()

        return a

    if g():
        return h()

为什么a可以在函数g中访问，而不能在函数h或i中访问？你知道吗

我不想使用nonlocal，因为我不想修改任何内部函数中的a，但是我不明白为什么a本身是不可访问的。你知道吗

Answer 1

other answer对于解释出了什么问题非常有用。我添加了我自己的答案，试图解释问题背后的一些原因（即“为什么”而不是“什么”）。你知道吗

首先，您需要稍微了解一下Python的体系结构。我们经常将Python描述为一种“解释”语言，而不是像C这样的“编译”语言，但这并不是全部。虽然Python不直接编译为机器代码，但是当程序运行时，解释器不会在原始源代码上运行。相反，有一个中间步骤，源代码被编译成字节码。编译是在加载模块时自动进行的，因此您甚至可能不知道它（尽管您可能已经看到了编译器为缓存字节码而编写的.pyc文件）。你知道吗

无论如何，回到您的作用域问题：Python的编译器使用字节码指令来告诉解释器访问局部变量，而不是用于访问全局变量（第三条不同的指令用于从封闭函数的作用域访问变量）。由于字节码是由编译器编写的，所以要使用的字节码指令需要在函数的编译时决定，而不是在调用函数时决定。指令的选择是很棘手的，但是对于这种模棱两可的代码：

a = 1

def foo():
    if bar():
        a = 2
    print(a)

对print调用的a的访问是使用读取全局变量a的字节码指令还是使用访问局部变量a的指令？编译器无法提前知道bar是否返回真值，因此没有可能的答案让函数在所有情况下都能工作。你知道吗

为了避免歧义，Python的设计人员选择变量的作用域在每个函数中都应该是常量（这样编译器就可以选择一条字节码指令并继续使用它）。也就是说，像a这样的名称可以引用局部或全局（或闭包单元），但在任何给定函数中只能引用其中一个。你知道吗

编译器默认使用局部变量（访问速度最快）作为函数代码中任何位置的赋值目标。由于内部函数与包含它们的函数同时编译，因此也可以在编译时检测到非本地查找并使用适当的指令。如果在局部作用域或封闭作用域中都找不到该名称，编译器将假定它是一个全局变量（现在还不需要定义）。global和nonlocal语句允许您显式地告诉编译器使用特定的作用域（重写它自己选择的作用域）。你知道吗

您可以使用标准库中的dis模块探索编译器在不同范围内处理变量查找的不同方式。dis模块将字节码反汇编成更可读的格式。尝试调用dis.dis函数，如下所示：

a = 1

def load_global():
    print(a) # access the global variable "a"

def load_fast():
    a = 2
    print(a) # access the local variable "a", which shadows the global variable

def closure():
    a = 2
    def load_dref():
        print(a) # access the variable "a" from the enclosing scope
    return load_dref

load_dref = closure() # both dis.dis(closure) and dis.dis(load_dref) are interesting

关于如何解释dis.dis的输出的全部细节超出了这个答案的范围（没有双关语），但是需要寻找的主要内容是LOAD_...字节码指令，这些指令将(a)作为它们的目标。在上面的不同函数中，您将看到三个不同的LOAD_...指令，对应于它们所读取的三种不同类型的作用域（每个函数都以相应的指令命名）。你知道吗