Python为什么引入这两个关键词：global和nonlocal-python为什么引入闭包?

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本文转载自微信公众号「Python中文社区」，作者巩庆奎。转载本文请联系Python中文社区公众号。

啥是 global 和 nonlocal

Python 支持的关键词里，global 和 nonlocal 初学者接触的少，不知道是做什么用的;一些人虽然知道它们的作用，但对为什么要引入这两个关键词则有些不知其所以然。

粗浅地说，global 和 nonlocal 是为了在函数中修改全局和闭包变量而引入的关键字。

本文用代码一点点分析引入 global 和 nonlocal 的原因。

一个奇怪的现象

下面，让我们做一个测试。

g =1 
def fun(): 
    g = 2 
    return g  
print(fun(),g)

一般地，我们认为结果应该为 2,2。这一点学过其他语言如 Java、c 的同学尤其认同。

但让我们跑起来，可以看到结果为 2,1。也就是说，函数没有改变全局变量 g。

这很奇怪，究其原因是因为：

Python 认为所有 = 赋值都是在当前作用域新建变量。
- 当我们在程序中 g = 1 时，表示当前全局作用域建立 g，赋值 1。
- 当我们在函数中 g = 2 时，表示当前局部作用域建立 g，赋值 2。

使用 dis.dis(fun) 分析 fun 函数源代码：

16           0 LOAD_CONST               1 (2) 
              2 STORE_FAST               0 (g) 
 17           4 LOAD_FAST                0 (g) 
              6 RETURN_VALUE

可见，第 2 条指令 STORE_FAST，这是存储到局部变量的命令。

所以，函数中实际操作的是局部变量。

还有更甚的例子如下，大家猜测下执行结果。

g =1 
def fun(): 
    g += 1 
    return g 
print(fun(),g)

根据上文，我们知道函数不会改变全局变量 g，那么结果应该是 2,1，这次总算对了吧?

很抱歉，当执行到 g += 1 时，系统报错：UnboundLocalError: local variable 'g' referenced before assignment。

仔细观察错误，local variable 'g'，这里的 g 仍然被视为局部变量：没有定义(=赋值)，就直接 inplace add，当然要报错。

也就是说，所有在局部作用域中对全局变量的赋值、原位赋值都会失败。唯有如下函数给我们带来一丝安慰。

g =1 
def fun(): 
    return g 
print(fun(),g)

结果 1,1，总算还有个正常的：在局部作用域中引用全局作用域变量正常。

那当我必须修改全局变量时，该怎么办呢?

global 的引入和分析

这就是 global 引入的理由了，将全局变量扩展到函数中来，使函数可以修改全局变量。

g =1 
def fun(): 
    global g 
    g = 2 
    return g 
print(fun(),g)

结果为 2,2，函数修改了全局变量。我们来看 dis.dis(fun) 的反汇编代码。

37           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_GLOBAL             0 (g) 
38           4 LOAD_GLOBAL              0 (g) 
             6 RETURN_VALUE

第 2 条指令，STORE_GLOBAL 是将常量 2 赋值给全局变量 g，异于上例中的 STORE_FAST指令对局部变量操作。

故此，我们得出结论：当在函数中读取全局变量时，可以直接使用。但如果需要修改全局变量值，则需要在变量前加上 global 来修饰。

nonlocal 的引入

同样地，当我们书写嵌套函数，需要对闭包中的变量进行修改操作时，我们也需要引入 nonlocal 关键字。

如下函数中，我们定义了闭包，闭包中的变量 e，试图在内嵌函数中进行修改，但没有使用 nonlocal 关键字声明 e。

def outer(): 
    e = 1 
    def inner(): 
        e = 2 
        return e 
    return inner

参照上例，我们知道这种修改是徒劳的——因为看反汇编代码 dis.dis(outer()) 可知：

63           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_FAST               0 (e) 
64           4 LOAD_FAST                0 (e) 
             6 RETURN_VALUE

第 2 条指令 STORE_FAST，操作局部变量，也就是说 inner 里的 e，仍然被视为局部变量。

雷同于上例的 global，这里使用 nonlocal 来在内嵌函数 inner 中修改闭包变量 e。

def outer(): 
    e = 1 
    def inner(): 
        nonlocal e 
        e = 2 
        return e 
    return inner

查看此时的反汇编代码 dis.dis(outer()) 可知：

78           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_DEREF              0 (e) 
79           4 LOAD_DEREF               0 (e) 
             6 RETURN_VALUE

第 2 条指令 STORE_DEREF，操作的是闭包变量，也就是说 inner 里的 e，是可以修改的闭包中的 e。

总结

本文通过分析函数对全局变量和闭包变量的读、写操作，借助于反汇编字节码分析，认清了 global 和 nonlocal 关键字的用法，对其引入和作用有了较为深刻认识。

作者：巩庆奎，大奎，对计算机、电子信息工程感兴趣。