Python编程实战 - 函数与模块化编程 - 局部变量与全局变量

本节我们将详细讲解 局部变量与全局变量 的区别、作用范围，以及如何在函数中正确地使用它们。

一、变量的作用域（Scope）

作用域（Scope） 指的是变量在程序中可访问的范围。 在 Python 中，变量的作用域主要分为两类：

• 局部变量（Local Variable）：在函数内部定义，只能在函数内部使用。
• 全局变量（Global Variable）：在函数外部定义，可以在整个程序中使用。

二、局部变量

局部变量是在函数内部创建的变量，仅在函数执行期间有效。 当函数执行结束后，局部变量就会被销毁。

def show_message():
    message = "Hello from function"
    print(message)

show_message()
# print(message)  # 报错：NameError: name 'message' is not defined

解析：

• message 是函数内部定义的变量；
• 它在 show_message() 内有效；
• 函数执行完毕后，message 不再存在。

三、全局变量

全局变量是在函数外部定义的变量，可以被函数内部访问（但不能直接修改）。

name = "Tom"

def greet():
    print(f"你好，{name}")

greet()  # 你好，Tom

解析：

• 变量 name 定义在函数外，是全局变量；
• 函数内部可以直接读取它的值；
• 但如果在函数内试图重新赋值同名变量，会创建一个新的“局部变量”。

四、局部变量与全局变量同名时

当函数中出现与全局变量同名的变量时，Python 会优先使用函数内的局部变量。

x = 10

def test():
    x = 5
    print("函数内x =", x)

test()
print("函数外x =", x)

输出：

函数内x = 5
函数外x = 10

结论： 局部变量会屏蔽同名的全局变量，仅在函数内生效。

五、如何在函数中修改全局变量

默认情况下，函数内不能直接修改全局变量的值。 如果希望在函数内部修改全局变量，必须使用 global 关键字声明。

count = 0

def add():
    global count  # 声明使用全局变量
    count += 1

for _ in range(3):
    add()

print("count =", count)

输出：

count = 3

注意事项：

• 使用 global 时要谨慎；
• 全局变量修改过多，会让程序难以维护；
• 在大型项目中，推荐通过函数参数与返回值传递数据，而非频繁操作全局变量。

六、嵌套函数与 nonlocal 关键字

如果函数内部还有一个嵌套函数（函数中定义函数），那么还会出现 闭包变量（Enclosed Variable） 的情况。 此时可使用 nonlocal 关键字修改外层函数的变量。

def outer():
    x = 10
    def inner():
        nonlocal x
        x += 5
        print("inner中x =", x)
    inner()
    print("outer中x =", x)

outer()

输出：

inner中x = 15
outer中x = 15

解释：

• nonlocal 用于修改外层函数作用域中的变量；
• 如果不用 nonlocal，则 x += 5 会新建一个局部变量，不影响外层 x。

七、作用域规则：LEGB 原则

Python 的变量查找顺序遵循 LEGB 原则：

当访问变量时，Python 会按顺序从 L → E → G → B 查找，一旦找到就停止。

示例：

x = "Global"

def outer():
    x = "Enclosing"
    def inner():
        x = "Local"
        print(x)
    inner()

outer()

输出：

Local

因为 x 在局部作用域（L）中找到了，所以不会再继续往外层查找。

八、实战案例：计数器函数

我们用一个例子来综合演示局部变量、全局变量和 nonlocal 的用法。

def make_counter():
    count = 0
    def counter():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    return counter

c = make_counter()
print(c())  # 1
print(c())  # 2
print(c())  # 3

解析：

• count 是外层函数的局部变量；
• nonlocal 让内部函数 counter() 修改它；
• make_counter() 返回的函数形成了“闭包”；
• 每次调用 c() 时，count 都能保持状态。

九、总结

十、编程建议

• 优先使用局部变量，减少全局变量依赖；
• 避免同名变量混用，提高可读性；
• 仅在必要时使用 global 或 nonlocal；
• 通过参数与返回值传递数据，让函数更独立、更易测试。

结语： 掌握局部变量与全局变量，是理解 Python 函数运行机制的重要基础。 当你真正理解了作用域规则（LEGB），你就能写出更高质量、更安全的代码。