理解 Python 的 LEGB

名字空间

Python 的名字空间是 Python 一个非常核心的内容。
其他语言中如 C 中，变量名是内存地址的别名，而在 Python 中，名字是一个字符串对象，它与他指向的对象构成一个{name:object}关联。
Python 由很多名字空间，而 LEGB 则是名字空间的一种查找规则。

作用域

Python 中name-object的关联存储在不同的作用域中，各个不同的作用域是相互独立的。而我们就在不同的作用域中搜索name-object。

举个栗子，来说明作用域是相互独立的。


In [11]: i = "G"

In [12]: def test():
            i = "L"
            print i, "in locals"
   ....:

In [13]: test()
        L in locals

In [14]: print i, "in globals"
        G in globals

在上面的栗子中，我们定义了两次 i，在 test 函数中是 i-L,在外面是 i-G。为什么在 test 函数中，我们 i 指向的是对象 L，而在外面，i 指向的则是 G？这就是 LEGB 的作用。

简述

简而言之，LEGB 代表名字查找顺序: locals -> enclosing function -> globals -> __builtins__

locals 是函数内的名字空间，包括局部变量和形参
enclosing 外部嵌套函数的名字空间（闭包中常见）
globals 全局变量，函数定义所在模块的名字空间
builtins 内置模块的名字空间

所以，在 Python 中检索一个变量的时候，优先回到 locals 里面来检索，检索不到的情况下会检索 enclosing ，enclosing 没有则到 globals 全局变量里面检索，最后是到 builtins 里面来检索。

当然，因为 builtins 的特殊性，我们可以直接在 builtins 里面添加变量，这样就可以在任意模块中访问变量，不过这种方法太过于变态，不推荐这么做。

locals，globals

函数的形参跟内部变量都存储在 locals 中。

In [1]: def f(x):
   ...:     a = x
   ...:     print a
   ...:     print locals()
   ...:


In [2]: f("hello")
hello
{'a': 'hello', 'x': 'hello'}

不过在函数内部调用global 声明的时候，可以将变量存储在 globals 中

In [6]: def f(x):
   ...:     global a
   ...:     a = x
   ...:     print a
   ...:     print locals()
   ...:

In [7]: f("hello")
hello
{'x': 'hello'}

In [8]: print a
hello

In [9]: print x
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-9-2d264e11d975> in <module>()
----> 1 print x

NameError: name 'x' is not defined

如上面栗子中那样，在函数中声明 a 为全局变量，则函数 f 的 locals只有参数 x，而没有变量，而在外部可以使用变量 a，而使用 x 的时候则是NameError

Enclosed

Enclosing 是外部嵌套函数的名字空间。我们经常在闭包中用到。在 Python3中提供了一个 nonlocal关键字来修改外部嵌套函数的名字空间，但是要使用 Python3才有，我等使用 Python2的只能眼馋一下。

In [11]: def outer():
   ....:     a_var = 'enclosed value'
   ....:     print a_var
   ....:     def inner():
   ....:         a_var = 'local value'
   ....:         print(a_var)
   ....:     inner()
   ....:     print a_var
   ....:

In [12]: outer()
enclosed value
local value
enclosed value

下面的栗子简单示范一下 nonlocal 的用法，实在 Python3下面才可以正常运行的：

In [1]: a_var = 'global value'

In [2]: def outer():
   ...:     a_var = "local value"
   ...:     print("outer befor", a_var)
   ...:     def inner():
   ...:         nonlocal a_var
   ...:         a_var = "inner value"
   ...:         print("in inner():", a_var)
   ...:     inner()
   ...:     print("outer inner:", a_var)
   ...:

In [3]: outer()
outer befor local value
in inner(): inner value
outer inner: inner value

In [4]: print(a_var)
global value

builtins

builtins 则是内置模块，轻易不要修改

In [19]: b
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-19-3b5d5c371295> in <module>()
----> 1 b

NameError: name 'b' is not defined

In [20]: __builtins__.b = "builtins"

In [21]: b
Out[21]: 'builtins'

上面栗子中在第一次调用b的时候报错NameError，之后我们修改 builtins 的名字空间，将名字b与值"builtins"进行关联，就可以正常调用了。这种非常规用法不建议使用。