寫在前面
如非特別說明，下文均基于Python3
命名空間與作用于跟名字的綁定相關性很大，可以結合另一篇介紹Python名字、對象及其綁定的文章。
1. 命名空間
1.1 什么是命名空間
Namespace命名空間，也稱名字空間，是從名字到對象的映射。Python中，大部分的命名空間都是由字典來實現的，但是本文的不會涉及命名空間的實現。命名空間的一大作用是避免名字沖突：
def fun1(): i = 1def fun2(): i = 2
同一個模塊中的兩個函數中，兩個同名名字i之間絕沒有任何關系，因為它們分屬于不同明明空間。
1.2 命名空間的種類
常見的命名空間有：
built-in名字集合，包括像abs()這樣的函數，以及內置的異常名字等。通常，使用內置這個詞表示這個命名空間-內置命名空間
模塊全局名字集合，直接定義在模塊中的名字，如類，函數，導入的其他模塊等。通常，使用全局命名空間表示。
函數調用過程中的名字集合，函數中的參數，函數體定義的名字等，在函數調用時被“激活”，構成了一個命名空間。通常，使用局部命名空間表示。
一個對象的屬性集合，也構成了一個命名空間。但通常使用objname.attrname的間接方式訪問屬性，而不是直接訪問，故不將其列入命名空間討論。
類定義的命名空間，通常解釋器進入類定義時，即執行到class ClassName:語句，會新建一個命名空間。(見官方對類定義的說明)
1.3 命名空間的生命周期
不同類型的命名空間有不同的生命周期：
內置命名空間，在Python解釋器啟動時創建，解釋器退出時銷毀；
全局命名空間，模塊的全局命名空間在模塊定義被解釋器讀入時創建，解釋器退出時銷毀；
局部命名空間，這里要區分函數以及類定義。函數的局部命名空間，在函數調用時創建，函數返回或者由未捕獲的異常時銷毀；類定義的命名空間，在解釋器讀到類定義創建，類定義結束后銷毀。(關于類定義的命名空間，在類定義結束后銷毀，但其實類對象就是這個命名空間內容的包裝，見官方對類定義的說明)
2. 作用域
2.1 什么是作用域
作用域是Python的一塊文本區域，這個區域中，命名空間可以被“直接訪問”。這里的直接訪問指的是試圖在命名空間中找到名字的絕對引用(非限定引用)。這里有必要解釋下直接引用和間接引用：
直接引用；直接使用名字訪問的方式，如name，這種方式嘗試在名字空間中搜索名字name。
間接引用；使用形如objname.attrname的方式，即屬性引用，這種方式不會在命名空間中搜索名字attrname，而是搜索名字objname，再訪問其屬性。
2.2 與命名空間的關系
現在，命名空間持有了名字。作用域是Python的一塊文本區域，即一塊代碼區域，需要代碼區域引用名字(訪問變量)，那么必然作用域與命名空間之間就有了聯系。
顧名思義，名字作用域就是名字可以影響到的代碼文本區域，命名空間的作用域就是這個命名空間可以影響到的代碼文本區域。那么也存在這樣一個代碼文本區域，多個命名空間可以影響到它。
作用域只是文本區域，其定義是靜態的；而名字空間卻是動態的，只有隨著解釋器的執行，命名空間才會產生。那么，在靜態的作用域中訪問動態命名空間中的名字，造成了作用域使用的動態性。
那么，可以這樣認為：
靜態的作用域，是一個或多個命名空間按照一定規則疊加影響代碼區域；運行時動態的作用域，是按照特定層次組合起來的命名空間。
在一定程度上，可以認為動態的作用域就是命名空間。在后面的表述中，我會把動態的作用域與其對應命名空間等同起來。
2.3 名字搜索規則
在程序中引用了一個名字，Python是怎樣搜索到這個名字呢？
在程序運行時，至少存在三個命名空間可以被直接訪問的作用域：
Local
首先搜索，包含局部名字的最內層（innermost）作用域，如函數/方法/類的內部局部作用域；
Enclosing
根據嵌套層次從內到外搜索，包含非局部（nonlocal）非全局（nonglobal）名字的任意封閉函數的作用域。如兩個嵌套的函數，內層函數的作用域是局部作用域，外層函數作用域就是內層函數的 Enclosing作用域；
Global
倒數第二次被搜索，包含當前模塊全局名字的作用域；
Built-in
最后被搜索，包含內建名字的最外層作用域。
程序運行時，LGB三個作用域是一定存在的，E作用域不一定存在；若程序是這樣的：
i = 1print(i)
局部作用域在哪里呢？我們認為(Python Scopes And Namespaces)：
Usually, the local scope references the local names of the (textually) current function. Outside functions, the local scope references the same namespace as the global scope: the module's namespace. Class definitions place yet another namespace in the local scope.
一般地，局部作用域引用函數中定義的名字。函數之外，局部作用域和全局作用域引用同一個命名空間：模塊的明星空間。然而類型的局部作用域引用了類定義新的命名空間。
Python按照以上L-E-G-B的順序依次在四個作用域搜索名字。沒有搜索到時，Python拋出NameError異常。
2.4 何時引入作用域我們知道：
我們知道：
在Python中一個名字只有在定義之后，才能引用。
print(i)
直接引用未定義的名字i，按照搜索規則，在LGB三個作用域均沒有搜索到名字i(LB相同命名空間)。拋出NameError異常：
Traceback (most recent call last): File "scope_test.py", line 15, in <module> print(i)NameError: name 'i' is not defined
那對于這段代碼呢？
def try_to_define_name(): '''函數中定義了名字i，并綁定了一個整數對象1''' i = 1try_to_define_name()print(i) #引用名字i之前，調用了函數
在引用名字i之前，明明調用了函數，定義了名字i，可是還是找不到這個名字：
Traceback (most recent call last): File "scope_test.py", line 20, in <module> print(i) #引用名字i之前，調用了函數NameError: name 'i' is not defined
雖然定義了名字i，但是定義在了函數的局部作用域對應的局部命名空間中，按照LEGB搜索規則，在全局作用域中自然訪問不到局部作用域；再者，函數調用結束后，這個命名空間被銷毀了。
引用名字總是與作用域相關的，因此：
在Python中一個名字只有在定義之后，才能在合適的作用域引用。
那么，在定義名字時，就要注意名字定義的作用域了，以免定義后需要訪問時卻找不到。所以，了解Python在何時會引入新的作用域很有必要。一般來說，B,G兩個作用域的引入在不能夠通過代碼操作的，能夠通過語句引入的作用域只有E,L了。Python中引入新作用域的語句很有限，總的來說只有兩類一個：
函數定義引入local作用域或者Enclosing作用域；本質上，lambda和生成器表達式也是函數，會引入新作用域。
類定義引入local作用域；
列表推導式引入local作用域，傳說在python2中列表推導式不引入新的作用域
幾個會讓有其他高級語言經驗的猿困惑的地方：
if語句：
if True: i = 1print(i) # output: 1，而不是NameError
if語句并不會引入新的作用域，所以名字綁定語句i = 1與print(i)是在同一個作用域中。
for語句：
for i in range(6): passprint(i) #output: 5，而不是NameError
for語句同樣不會引入新的作用域，所以名字i的綁定和重綁定與print(i)在同一個作用域。這一點Python就比較坑了，因此寫代碼時切忌for循環名字要與其他名字不重名才行。
import語句：
def import_sys(): '''import sys module''' import sysimport_sys()print(sys.path) # NameError: name 'sys' is not defined
這個算非正常程序員的寫法了，import語句在函數import_sys中將名字sys和對應模塊綁定，那sys這個名字還是定義在局部作用域，跟上面的例子沒有任務區別。要時刻切記Python的名字，對象，這個其他編程語言不一樣，但是：
打破第一編程語言認知的第二門編程語言，才是值得去學的好語言。
3. 作用域應用
3.1 自由變量可讀不可寫
我不太想用“變量”這個詞形容名字，奈何變量是家喻戶曉了，Python中的自由變量：
If a variable is used in a code block but not defined there, it is a free variable.
如果引用發生的代碼塊不是其定義的地方，它就是一個自由變量。專業一點，就是：
引用名字的作用域中沒有這個名字，那這個名字就是自由名字
Note: “自由名字”只是作者YY的，并沒得到廣泛認可。
我們已經了解了作用域有LEGB的層次，并按順序搜索名字。按照搜索順序，當低層作用域不存在待搜索名字時，引用高層作用域存在的名字，也就是自由名字：
[示例1]
def low_scope(): print(s)s = 'upper scope'low_scope()
很清楚，這段代碼的輸出是upper scope。
[示例2]
def low_scope(): s = 'lower scope's = 'upper scope'low_scope()print(s)
很遺憾，最后的打印語句沒有按照期待打印出lower scope而是打印了upper scope。