Python 中的命名空间

在 Python 中，命名空间（Namespace）是一个从名称到对象的映射，主要用于避免名称冲突。它本质上是一个字典，键是变量名，值是对应的对象。Python 中有三种主要的命名空间：

1. 内置命名空间（Built-in Namespace）

• 范围：Python 解释器启动时创建，包含所有内置函数和异常名称（如 print、len、Exception）。
• 生命周期：直到解释器退出才会消失。
• 示例：

  python

  print("Hello, World!")  # print 是内置函数
  

2. 全局命名空间（Global Namespace）

• 范围：每个模块（.py 文件）创建自己的全局命名空间，包含模块顶层定义的所有变量、函数和类。
• 生命周期：模块加载时创建，程序结束时销毁。
• 示例：

  python

  # 在模块顶层定义的变量属于全局命名空间
  x = 10  # 全局变量
  
  def func():
      print(x)  # 可以访问全局变量
  

3. 局部命名空间（Local Namespace）

• 范围：函数、类方法或代码块（如 with、for 循环）执行时创建，包含其中定义的所有变量。
• 生命周期：函数 / 代码块执行完毕后销毁。
• 示例：

  python

  def func():
      y = 20  # 局部变量
      print(y)  # 只能在函数内部访问
  

命名空间的查找顺序（LEGB 规则）

当引用一个变量时，Python 会按照以下顺序查找命名空间：

1. L（Local）：当前函数或代码块的局部命名空间。
2. E（Enclosing）：外层函数的命名空间（闭包场景）。
3. G（Global）：全局命名空间。
4. B（Built-in）：内置命名空间。

闭包与命名空间

闭包是指内部函数引用了外部函数的变量，此时外部函数的命名空间会被保留：

python

def outer():
    x = 10  # 外部函数的局部变量
    def inner():
        print(x)  # 闭包引用外部变量
    return inner

closure = outer()
closure()  # 输出 10，即使 outer 已执行完毕

global 和 nonlocal 关键字

• global：在局部作用域中修改全局变量。

  x = 10
  def modify_global():
      global x
      x = 20  # 修改全局变量
  

• nonlocal：在嵌套函数中修改外层函数的变量。

  python

  def outer():
      x = 10
      def inner():
          nonlocal x
          x = 20  # 修改外层函数的变量
      inner()
      print(x)  # 输出 20
  

命名空间的应用场景

• 模块化开发：每个模块有独立的全局命名空间，避免变量冲突。
• 函数封装：局部命名空间确保函数内部变量不影响外部。
• 闭包和装饰器：利用闭包保留外层函数的命名空间。

总结

命名空间是 Python 实现变量隔离的核心机制，通过 LEGB 规则确保变量查找的优先级。合理使用命名空间可以提高代码的可维护性和可读性。