Python的名字綁定

在Python中，對象是通過名字進行關聯和引用的。Python通過名字綁定操作來引入名字。

Python中的所謂的代碼塊就是一段作為執行單元的程序。比如：模塊、函數、類定義。在交互式環境中輸入的命令也是代碼塊的一種。一個Python腳本文件也是一個代碼塊。還有就是，當我們在命令行上使用-c選項指定的命令也是一個代碼塊。傳遞給內建函數eval()和exec()的字符串參數也是代碼塊的一種。

代碼塊是以執行幀的方式被執行的，一個執行幀包含了一些管理信息，可以用于調試。執行幀還會在執行完當前的代碼塊以后指定在何處，以怎樣的方式執行接下來的代碼。

Python中的作用域定義了名字在代碼塊中的可見性。如果在代碼塊中定義了一個局部變量，那么這個局部變量的作用域就是所在的這個代碼塊。如果這個定義發生在函數體內，則這個變量的作用域就擴展到包含在這個函數中的任何代碼塊中，但是，如果包含在這個函數中的一個代碼塊中，同樣的名字被綁定到了不同的對象上，那么外面的名字將不能被擴展到這個代碼塊中。

def out_func():	#a的作用域在out_func這個函數中	a = 0	b = 0	def in_func():		#a的作用域從out_func擴展到了in_func中，因為in_func這個代碼塊包含在out_func中		PRint(a)		#out_func函數中的b不能擴展到in_func中，因為在in_func中，b重新綁定到了不同的對象上，所以在out_func中的b的作用域不能擴展到in_func中。		b = 1

在Python中，定義在類代碼塊中名字只能在類中可見，并且類中的名字的作用域不能擴展到類中的方法中。如果在類定義中出現了生成器表達式和列表展開，那么類中的名字也不能擴展到這些表達式中，因為列表展開和生成器表達式的實現都是使用函數作用域的。

class C:	a = 0	# 在列表表達式中，a會因為未定義而拋出NameError異常	b = list(a + i for i in range(10))	def method(self):		#由于定義在類中的名字不能擴展到方法中，所以下面的語句是錯誤的，會拋出a未定義的NameError異常		print(a)

當在一個代碼塊中使用一個名字的時候，會對最近的外圍作用域進行解析，以查找這個名字。所有的這些在當前代碼塊中可見的作用域的集合，稱為
當前的代碼塊的環境。

名字綁定和作用域的關系

如果一個名字綁定到一個代碼塊中，除非這個名字聲明為nonlocal(nonlocal聲明的作用是：使得變量在外圍作用域中，在全局作用域之前被解析)，否則這個名字就是這個代碼塊的局部變量。如果一個名字被綁定到模塊級別，則這個名字的作用域是全局的，這個變量是全局變量(模塊中的變量，對于模塊而言是局部變量，而對于模塊中的代碼塊而言，則是全局變量)。如果一個名字在一個代碼塊中使用，但是不是在這個代碼塊中被定義的，則這個變量就是一個自由變量。

名字綁定相關的異常

如果在進行名字查找的時候，名字沒有被找到，則會拋出一個 NameError 異常，如果名字引用的是一個局部變量，但是這個名字還沒有被綁定到這個局部變量，則會拋出一個 UnboundLocalError 異常（UnboundLocalError 是 NameError的子類）。

發生名字綁定行為的情況

發生名字綁定的行為主要有：

• 通常的給函數傳遞參數的時候，參數名會和傳遞過來的對象進行綁定
  
• 使用import語句進行導入的時候，其中 from ... import * 語句會將被導入的模塊中的所有可以被導入的名字進行綁定操作
  
• 類定義的時候
  
• 函數定義的時候
  
• 進行賦值操作的時候
  
• 在for循環的for語句中
  
• 在with語句中的as后面
  
• 在expect語句中的as后面

Python中的名字綁定的Pitfall

在Python中，名字綁定的一些規則，會導致在使用名字的時候，出現不能理解的錯誤，特別是對于有C、C++ 和 java經驗的用戶。

在Python中，名字綁定操作無論發生在當前塊的 任何 位置，在這個代碼塊中對這個名字的引用都會使用在當前塊中綁定的對象。那么，問題就來了，如果我們在名字綁定操作發生之前對這個名字進行了引用，那么就會出現錯誤，拋出 UnboundLocalError 異常。

>>> a = 10>>> def function():	print(a)	a = 20		# a的綁定操作發生在print之前	>>> function()Traceback (most recent call last):  File "<pyshell#5>", line 1, in <module>    function()  File "<pyshell#4>", line 2, in function    print(a)UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

在Python中，代碼塊中的局部變量可以通過掃描整個代碼塊來獲得綁定的名字，所以在上面的代碼中，a這個名字在執行print的時候通過對代碼塊的掃描已經被找到，但是名字a的綁定操作卻還沒有發生，所以出現了錯誤。

在上面的代碼中，如果我們需要外面定義的全局變量a，則可以使用global 語句進行聲明。

>>> a = 10>>> def function():	global a	print(a)	a = 20		#這里并不引入新的名字，而是將全局變量a綁定到20上	>>> function()10>>> a20

global 語句的作用是，使得后面對通過這條語句聲明的對象的引用，使用的是頂層名字空間中的名字。在頂層名字空間中，包含了全局名字空間和內建名字空間，全局名字空間會首先被搜索，如果沒有找到，會對內建名字空間進行搜索。global 語句必須出現在名字使用之前。

如果在外圍作用域中的自由變量包含了一個global聲明，則這個自由變量被認為是全局的。

內建名字空間

在查找內建名字空間的時候，會訪問當前代碼塊的全局名字空間中的 __builtins__名字，這個名字引用的是一個名字字典或者是一個模塊。在 __main__ 模塊中， __builtins__ 的引用是內建模塊 builtins，然而，如果是在其他模塊中， __builtins__ 引用的是 builtins 模塊的名字字典。

注意：
CPython的實現中，不能手動修改 __builtins__ 這個變量，如果需要覆蓋這個內建名字空間中的名字，需要導入 builtins 模塊，然后修改這個模塊中相應的屬性。

Reference

Naming and binding