嵌套函数中的变量范围

Question

谁能解释一下为什么下面的程序会失败：

def g(f):
  for _ in range(10):
    f()

def main():
  x = 10
  def f():
    print x
    x = x + 1
  g(f)

if __name__ == '__main__':
  main()

带有消息：

Traceback (most recent call last):
  File "a.py", line 13, in <module>
    main()
  File "a.py", line 10, in main
    g(f)
  File "a.py", line 3, in g
    f()
  File "a.py", line 8, in f
    print x
UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

但如果我只是将变量 x 更改为数组，它就可以工作：

def g(f):
  for _ in range(10):
    f()

def main():
  x = [10]
  def f():
    print x[0]
    x[0] = x[0] + 1
  g(f)

if __name__ == '__main__':
  main()

输出

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

我感到困惑的原因是，如果从f() 无法访问x，那么如果x 是一个数组，为什么它可以访问？

谢谢。

Answer 1

但是这个答案说问题在于分配给 x。如果是这样的话， 那么打印它应该可以正常工作，不是吗？

您必须了解事情发生的顺序。在你的 python 代码甚至被编译和执行之前，一个叫做 parser 的东西会读取 python 代码并检查语法。解析器所做的另一件事是将变量标记为本地变量。当解析器在本地范围内的代码中看到赋值时，赋值左侧的变量被标记为本地。那时，甚至还没有编译任何东西——更不用说执行了，因此没有发生赋值；该变量仅被标记为局部变量。

解析器完成后，代码被编译并执行。当执行到达打印语句时：

def main():
  x = 10     #<---x in enclosing scope

  def f():
    print x    #<-----

    x = x + 1  #<-- x marked as local variable inside the function f()

print 语句看起来应该继续并在 enclosure 范围内打印 x（LEGB 查找过程中的“E”）。然而，因为解析器之前将 x 标记为 f() 中的局部变量，python 不会继续越过局部范围（LEGB 查找过程中的“L”）来查找 x。因为在执行 'print x' 时 x 尚未在本地范围内分配，所以 python 吐出一个错误。

请注意，即使发生赋值的代码永远不会执行，解析器仍然会将赋值左侧的变量标记为局部变量。解析器不知道事情将如何执行，因此它盲目地在整个文件中搜索语法错误和局部变量——即使是在永远无法执行的代码中。以下是一些例子：

def dostuff ():
    x = 10 

    def f():
        print x

        if False:  #The body of the if will never execute...
            a b c  #...yet the parser finds a syntax error here


    return f

f = dostuff()
f()



--output:--
File "1.py", line 8
     a b c
      ^
SyntaxError: invalid syntax

解析器在标记局部变量时做同样的事情：

def dostuff ():
    x = 10 

    def f():
        print x

        if False:  #The body of the if will never execute...
            x = 0  #..yet the parser marks x as a local variable

    return f

f = dostuff()
f()

现在看看当你执行最后一个程序时会发生什么：

Traceback (most recent call last):
  File "1.py", line 11, in <module>
    f()
  File "1.py", line 4, in f
    print x
UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

当语句 'print x' 执行时，由于解析器将 x 标记为局部变量，因此对 x 的查找将在局部范围内停止。

这个“特性”并不是 python 独有的——它也出现在其他语言中。

至于数组的例子，你写的时候：

x[0] = x[0] + 1

告诉 python 去查找一个名为 x 的数组并为它的第一个元素分配一些东西。因为在局部范围内没有对任何名为 x 的东西进行赋值，所以解析器不会将 x 标记为局部变量。

Answer 2

原因是在第一个示例中，您使用了赋值操作x = x + 1，因此在定义函数时，python 认为x 是局部变量。但是，当您实际调用函数时，python 未能在本地 RHS 上找到 x 的任何值，因此引发了错误。

在您的第二个示例中，您只是更改了一个可变对象而不是赋值，因此 python 永远不会提出任何异议，并将从封闭范围中获取 x[0] 的值（实际上它首先在封闭范围中查找它，然后全局作用域，最后在内置函数中，但一被发现就停止）。

在 python 3x 中，您可以使用 nonlocal 关键字来处理此问题，而在 py2x 中，您可以将值传递给内部函数或使用函数属性。

使用函数属性：

def main():
  main.x = 1
  def f():
      main.x = main.x + 1
      print main.x
  return f

main()()   #prints 2

显式传递值：

def main():
  x = 1
  def f(x):
      x = x + 1
      print x
      return x
  x = f(x)     #pass x and store the returned value back to x

main()   #prints 2

在 py3x 中使用nonlocal：

def main():
  x = 1
  def f():
      nonlocal x
      x = x + 1
      print (x)
  return f

main()()  #prints 2

Answer 3

问题是变量x 被闭包拾取。当您尝试分配从闭包中提取的变量时，python 会抱怨除非您使用 global 或 nonlocal¹ 关键字。在您使用list 的情况下，您没有分配名称——您可以修改在闭包中拾取的对象，但不能分配给它。

---

基本上，错误发生在print x行，因为当python解析函数时，它看到x被分配了，所以它假设x必须是一个局部变量。当您到达print x 行时，python 会尝试查找本地x，但它不存在。这可以通过使用dis.dis 检查字节码来查看。这里，python 使用LOAD_FAST 指令用于局部变量，而不是LOAD_GLOBAL 指令用于非局部变量。

通常，这会导致NameError，但python 尝试通过在func_closure 或func_globals ² 中查找x 来提供更多帮助。如果它在其中一个中找到x，它会引发UnboundLocalError，而不是让您更好地了解正在发生的事情——您有一个找不到的局部变量（不是“绑定”）。

^{1仅限python3.x}

^{2python2.x -- 在 python3.x 上，这些属性已分别更改为 __closure__ 和 __globals__}

Answer 4

问题出在一行

x = x + 1

这是第一次在函数f() 中分配x，告诉编译器x 是一个本地名称。它与上一行print x 冲突，后者找不到本地x 的任何先前分配。 这就是您的错误UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment 的来源。

请注意，当编译器试图找出x 在print x 中引用的对象时，就会发生错误。所以print x 不会执行。

改成

x[0] = x[0] + 1

没有添加新名称。所以编译器知道你指的是f()之外的数组。