如何在python中定义自由变量？

Question

来自python doc的局部/全局/自由变量定义：

If a name is bound in a block, it is a local variable of that block, unless declared as nonlocal. If a name is bound at the module level, it is a global variable. (The variables of the module code block are local and global.) If a variable is used in a code block but not defined there, it is a free variable.

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代码1：

>>> x = 0
>>> def foo():
...   print(x)
...   print(locals())
... 
>>> foo()
0
{}

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代码2：

>>> def bar():
...   x = 1
...   def foo():
...     print(x)
...     print(locals())
...   foo()
... 
>>> bar()
1
{'x':1}

_{当自由变量在函数块中调用而不是在类块中调用时，由locals()返回。}

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在Code 1中，x是一个全局变量，它在foo()中使用但未定义。
但是它不是一个自由变量，因为它不是由locals()返回的。
我想不是医生说的。是否有自由变量的技术定义？

Answer 1

据我所知，文档中的自由变量确实有点模棱两可。有自由全局变量被视为普通全局变量和词汇绑定自由变量。Eli Bendersky sum在一个blog post on symbol tables中很好地总结了一下：

Unfortunately, there's a shorthand in the core of Python that may initially confuse readers as to exactly what constitutes a "free" variable. Fortunately, it's a very slight confusion that's easy to put in order. The execution model reference says:

If a variable is used in a code block but not defined there, it is a free variable.

这与formal definition一致。然而，在源代码中，“free”实际上用作“词汇绑定的自由变量”（即在封闭范围内找到绑定的变量）的缩写，而“global”则用于引用所有剩余的自由变量。因此，在阅读CPython源代码时，一定要记住，完整的自由变量集既包括专门标记为“free”的变量，也包括标记为“global”的变量。

因此，为了避免混淆，当我想将CPython中实际处理的变量称为自由变量时，我会说“词汇绑定”。

（强调我的）

之所以使用这个速记，可能是因为当您有一个全局自由变量时，所发出的字节码实际上没有任何变化。如果一个global变量是“free”，或者如果它不是free，那么在这两种情况下查找该名称时都会使用LOAD_GLOBAL。所以全局自由变量并没有那么特别。

另一方面，词汇绑定变量被特殊处理并封装在^{}对象中，对象是词汇绑定自由变量的存储空间，位于给定函数的__closure__属性中。为此创建了一个特殊的^{}指令，用于检查存在自由变量的单元格。LOAD_DEREF指令的说明是：

LOAD_DEREF(i)

Loads the cell contained in slot i of the cell and free variable storage

因此，在Python中，只有当一个对象的定义（即静态）嵌套在另一个对象的定义（即状态）中时，无变量才作为一个概念起作用。

Answer 2

自由变量定义：已使用，但既不是全局变量也不是绑定变量

例如：

1. x在代码1中不是自由的，因为它是一个全局变量。
2. x在代码2中的bar()中不可用，因为它是一个绑定的变量。
3. x在foo()中是免费的。

Python之所以做出这种区分是因为闭包。自由变量在当前环境中没有定义，即局部变量的集合，也不是全局变量！因此，它必须在别处定义。这就是闭包的概念。在代码2中，foo()在bar()中定义的x上关闭。Python使用词法范围。这意味着，解释器可以通过查看代码来确定范围。

例如：x在foo()中被称为变量，因为foo()被bar()包围，而x被bar()绑定。

Python专门处理全局范围。可以将全局范围视为最外层的范围，但这并不是因为性能的原因（我认为）。因此x不可能同时是自由的和全局的。

豁免

生活并不是那么简单。存在自由全局变量。Python docs（执行模型）说：

The global statement has the same scope as a name binding operation in the same block. If the nearest enclosing scope for a free variable contains a global statement, the free variable is treated as a global.

>>> x = 42
>>> def foo():
...   global x
...   def baz():
...     print(x)
...     print(locals())
...   baz()
... 
>>> foo()
42
{}

我自己也不知道。我们都是来学习的。

Answer 3

变量只是用来存储值的保留内存位置。这意味着当你创建一个变量时，你会在内存中保留一些空间。

根据变量的数据类型，解释器分配内存并决定哪些可以存储在保留内存中。因此，通过为变量分配不同的数据类型，可以在这些变量中存储整数、小数或字符。

给变量赋值

Python变量不需要显式声明来保留内存空间。将值赋给变量时，声明会自动发生。等号（=）用于给变量赋值。