变数 ( 全域、区域 )

一个变数的名称除了可以代表不同的东西，也表示“哪里可以使用”这个变数，这篇教学将会介绍全域变数和区域变数的用法和差异。

快速导览：

• 什么是全域变数和区域变数？
• 默认的名称空间
• 厘清到底用了哪个变数
• 使用 global 修改全域变数
• 全域变数和区域变数容易遇到的陷阱
• global() 和 local()

本篇使用的 Python 版本为 3.7.12，所有范例可使用 Google Colab 实作，不用安装任何软件 ( 参考：使用 Google Colab )

什么是全域变数和区域变数？

在 Python 里的主程序与每个函数，都有各自的名称空间 ( namespace )，简单的区分规则如下：

• 主程序定义“全域”的名称空间，在主程序定义的变数是“全域变数”。
• 个别函数定义“区域”的名称空间，个别函数里定义的变数就是“区域变数”。
• 每个名称空间里的变数名称都是“唯一的”。
• 不同名称空间内的变数名称可以相同，例如函数 A 可以定义 a 变数，函数 B 也可以定义 a 变数，两个 a 变数是完全不同的变数。

例如有个人叫做小华，在一个家庭里只会有一个小华，而不同的家庭可以有不同的小华 ( 不同的人，但是都叫做小华 )，不过如果这群小华去到学校，就必须要额外命名，才知道哪个小华是小华 ( 一间学校只会有一个小华，其他的可能是小华一号、小华二号...等 )

默认的名称空间

Python 默认提供三个名称空间，分别是内置默认 Built-in ( Python 默认的函数名称如 abs、char...等等 )、全域 Global 和区域 Local 三种，当使用变数时，会从最内层 ( 区域命名空间 ) 开始往外层搜索，直到找到对应的名称为止 ( 如果找不到就会抛出错误 )。

厘清到底用了哪个变数

下方的程序码，定义了两个变数 a，因为两个变数 a 处在不同的名称空间里，所以印出来的结果是不同的。

注意，函数名称也属于变数名称，如果将函数定义为 a，则会覆写全域变数 a 的内容。

a = 1           # 定義全域變數 a 等於 1
def hello():    # 定義 hello 函式
  a = 2         # 定義區域變數 a 等於 2
  print(a)

hello()         # 2
print(a)        # 1

如果在 hello 函数里没有定义变数 a，而是“单纯使用变数 a”，这时程序会先寻找 hello 函数的名称空间里是否有变数 a，如果找不到，就会往外层寻找，找到之后就会使用该变数的内容，以下方的例子，执行 hello 函数后就会印出 10。

a = 1
def hello():
  print(a+9)    # 使用全域變數的 a

hello()         # 10
print(a)        # 1

如果移除全域变数 a，执行过程最后就会发生错误，因为最后一个 print(a) 是寻找全域变数 a，因为找不到所以就会发生错误。

def hello():
  a = 1
  print(a)

hello()
print(a)    # 發生錯誤，因為找不到變數 a

同样的道理，如果是不同函数，如果要互相呼叫对方的变数，也会发生错误。

def hello():
  a = 1
  print(a)

def test():
  print(a)

hello()
test()    # 發生錯誤，因為找不到變數 a

使用 global 修改全域变数

如果要在函数里修改全域变数，可以使用“global 全域變數”的方式。

a = 1         # 定義全域變數 a 等於 1
def hello():  # 定義 hello 函式
  global a    # 聲明下方的 a 為全域變數 a
  a = 2       # 修改 a 為 2

print(a)      # 1
hello()       # 執行 hello 函式
print(a)      # 2 ( 全域變數 a 被修改為 2 )

全域变数和区域变数容易遇到的陷阱

如果变数的内容是串列、字典或集合，在处理“全域变数和区域变数”时，与处理“多个变数同时赋值”时一样，很容易会遇到赋值的陷阱，因为变数只是“标签”，当多个变数同时指向一个串列、字典或集合时，只要变数内容被修改 ( 并非使用等号赋值 )，不论这个变数是全域还是区域变数，另外一个变数内容也会跟着更动 ( 延伸阅读：设定多个变数的陷阱 )。

下方的例子执行后，f1 函数的 a 不受作用域的影响，使用 append 发生“改变”后，不论 a 在何处都会被影响，连带 b 也被影响，但 c 因为是使用等号“宣告赋值”，就会转变成“区域变数”，因此在 f1 函数作用域之外的 c 就不会被影响，d 也不会被影响，不过如果在 f1 的开头加上 global c，等同于将 c 从区域变数提升到全域变数，f2 里的 c 就会被影响。

a = []
b = a
c = []
d = c

def f1():
    # global c        # 如果加上這行，f2 裡的 c 就會被影響
    a.append(1)
    c = [1]
    print(a)  # [1]
    print(b)  # [1]   # 被影響
    print(c)  # [1]
    print(d)  # []    # 不受影響

def f2():
    print(a)  # [1]   # 被影響
    print(b)  # [1]   # 被影響
    print(c)  # []    # 不受影響，但如果 f1 加上 global c，此處就會被影響
    print(d)  # []    # 不受影響

f1()
f2()

global() 和 local()

global() 和 local() 是两个可以印出目前变数的方法：

• global()：回传一个字典，内容是“全域名称空间”的内容。
• local()：回传一个字典，内容是“区域名称空间”的内容。

下方的程序码，执行 hello 函数后会印出区域名称空间和全域名称空间的内容。

a = 1
def hello():
  a = 1
  print(locals())
  print(globals())

hello()
print(a)

如果将 locals() 放到全域名称空间里，则印出来的结果和 global() 相同。

a = 1
def hello():
  a = 1
hello()
print(locals())
print(globals())

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