在 Python 中写入（而不是）到全局变量

Question

来自不太动态的 C++，我在理解这个 Python (2.7) 代码的行为时遇到了一些麻烦。

注意：我知道这是不好的编程风格/邪恶，但我还是想理解它。

vals = [1,2,3]

def f():
    vals[0] = 5
    print 'inside', vals

print 'outside', vals
f()
print 'outside', vals

这段代码运行没有错误，f 操纵（看似）全局列表。这与我之前的理解相反，即在函数中要操作（而不仅仅是读取）的全局变量必须声明为global ...。

另一方面，如果我将vals[0] = 5 替换为vals += [5,6]，则执行将失败并显示UnboundLocalError，除非我将global vals 添加到f。这也是我在第一种情况下所期望的。

您能解释一下这种行为吗？

为什么我可以在第一种情况下操纵vals？为什么第二种操作会失败而第一种不会？

更新： 在评论中指出vals.extend(...) 可以在没有global 的情况下工作。这增加了我的困惑 - 为什么 += 与对 extend 的调用不同？

Answer 1

global 仅在您尝试更改变量引用的对象时才需要。因为vals[0] = 5 更改的是实际对象而不是引用，所以不会引发错误。但是，对于vals += [5, 6]，解释器会尝试查找局部变量，因为它无法更改全局变量。

令人困惑的是，将+= 运算符与列表一起使用会修改原始列表，例如vals[0] = 5。而vals += [5, 6] 失败，vals.extend([5, 6]) 有效。我们可以寻求dis.dis的帮助，给我们一些线索。

>>> def a(): v[0] = 1
>>> def b(): v += [1]
>>> def c(): v.extend([1])
>>> import dis
>>> dis.dis(a)
  1           0 LOAD_CONST               1 (1)
              3 LOAD_GLOBAL              0 (v)
              6 LOAD_CONST               2 (0)
              9 STORE_SUBSCR        
             10 LOAD_CONST               0 (None)
             13 RETURN_VALUE        
>>> dis.dis(b)
  1           0 LOAD_FAST                0 (v)
              3 LOAD_CONST               1 (1)
              6 BUILD_LIST               1
              9 INPLACE_ADD         
             10 STORE_FAST               0 (v)
             13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE        
d
>>> dis.dis(c)
  1           0 LOAD_GLOBAL              0 (v)
              3 LOAD_ATTR                1 (extend)
              6 LOAD_CONST               1 (1)
              9 BUILD_LIST               1
             12 CALL_FUNCTION            1
             15 POP_TOP             
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             19 RETURN_VALUE

我们可以看到函数a 和c 使用LOAD_GLOBAL，而b 尝试使用LOAD_FAST。我们现在可以看到为什么使用+= 不起作用 - 解释器尝试将v 作为局部变量加载，因为它是就地添加的默认行为。因为它无法知道v 是否是一个列表，所以它本质上假设该行的含义与v = v + [1] 相同。

Answer 2

global 在你想分配给外部作用域中的变量时是必需的。如果不使用global，Python 在做赋值时会将vals 视为局部变量。

+= 是一个赋值（augmented assignment），vals += [5, 6] 相当于读取vals，然后将[5, 6] 附加到该值并将结果列表分配回原始vals。因为vals += [5,6] 没有global 语句，Python 看到分配并将vals 视为本地。您没有创建一个名为 vals 的局部变量，但您尝试将其附加到它并从这里添加 UnboundLocalError。

但是对于阅读，没有必要使用global。该变量将首先在本地查找，然后，如果在本地范围内找不到，则在外部范围内查找，依此类推。由于您正在处理引用类型，因此您在阅读时会返回一个引用。您可以通过该引用更改对象的内容。

这就是为什么.extend() 有效（因为它在引用上调用并作用于对象本身）而vals += [5, 6] 失败（因为vals 既不是本地的也不是标记的global）。

这是一个修改后的示例，可以试用（使用本地 vals 清除 UnboundLocalError）：

vals = [1, 2, 3]

def f():
    vals = []
    vals += [5,6]
    print 'inside', vals

print 'outside', vals
f()
print 'outside', vals

Answer 3

只要不更改对象引用，Python 就会保留全局对象。比较

In [114]: vals = [1,2,3]

In [116]: id(vals)
Out[116]: 144255596

In [118]: def func():
    vals[0] = 5
    return id(vals)
   .....: 

In [119]: func()
Out[119]: 144255596

In [120]: def func_update():
    vals = vals
    return id(vals)
   .....: 

In [121]: func_update()
---------------------------------------------------------------------------
UnboundLocalError                         Traceback (most recent call last)
/homes/markg/<ipython-input-121-f1149c600a85> in <module>()
----> 1 func_update()

/homes/markg/<ipython-input-120-257ba6ff792a> in func_update()
      1 def func_update():
----> 2     vals = vals
      3     return id(vals)

UnboundLocalError: local variable 'vals' referenced before assignment

当您尝试赋值时，Python 将 vals 视为局部变量 - 并且（哎呀）它不存在！