Python3萌新入门笔记（20）

这一篇教程，我们先来看一段代码。

示例代码：

x = 0  # 全局变量

def outside():  # 定义函数
    x = 1  # 局部变量，内嵌函数的外部变量

    def inside():  # 定义内嵌函数
        x = 2  # 局部变量
        return x

    return x, inside # 将变量值和函数返回

o, i = outside()  # 通过两个变量接收outside函数的返回值x和inside
print(x)  # 显示输出结果为：0
print(o)  # 显示输出结果为：1
print(i())  # 显示输出结果为：2

刚才的这段代码，可能不太容易理解。

因为里面包含了几部分我们没有接触过的内容。

第一部分，我们先来了解一下函数嵌套。

在Python中可以在函数的内部再定义函数。

大家能够看到，在上方代码中函数outside的内部，又定义了一个函数inside。

这种结构就是函数嵌套。

另外，在上方代码中，大家能够看到函数的返回值不仅可以返回多个，而且可以返回内嵌函数（这是闭包，后面会讲到）。

返回内嵌函数时，如果函数名称后方没有加上“()”，调用外层函数时不会立即执行返回的函数，需要在调用外层函数后，添加“()”来执行。例如，上方代码最后一句中的“i()”，就是执行变量中保存的函数。

而且，我们也可以用下面这种方法去执行返回的函数。

示例代码：（接上一段代码）

outside()[1]() # 调用外层函数时，获取的返回值列表中第2项是函数，加上()则会被执行。

这是外层函数有多个返回值时的方法，通过对外层函数返回值列表进行索引，找到函数执行。

如果，外层函数只有一个返回值，我们可以通过函数名称后方直接加上“()()”去执行返回的函数。

另外，在外层函数返回内嵌函数时，在函数名称后方加上了“()”，会在调用外层函数时自动执行。

大家可以通过运行以下代码进行对比。

示例代码：（返回函数不带括号）

def outside():
    print('执行外层函数！')

    def inside():
        print('执行内嵌函数！')

    return inside

outside()

示例代码：（返回函数带有括号）

def outside():
    print('执行外层函数！')

    def inside():
        print('执行内嵌函数！')

    return inside()

outside()

第二部分，我们来了解变量的作用域。

在上方代码中，我们能够看到有3个变量的名称都是x。

这3个x并非同一个变量，只是名称一样，它们的特点可以这么理解：

• 最外层的变量x是全局变量
• 函数outside中和inside定义的变量x，都是局部变量。
• 函数outside中的变量x，相对于内嵌的函数inside，它是外部变量。

这3个变量有着不同的作用域。

如上图所示，3个x变量的作用域如下：

• 最外层的变量x，它的作用域是整个模块中。
• 函数outside中的变量x，作用域是函数outside内部以及内嵌函数inside。
• 函数inside中的变量x，作用域是函数inside内部。

也就是说，全局变量作用域是当前模块内，而局部变量作用域是函数以及内嵌函数中。

但是，这里大家可能会有疑问，既然全局变量作用域是全局的，那么在函数中又创建同名变量不是冲突了吗？

这个不用担心，当在函数中创建与全局变量同名的局部变量时，在函数内部会自动屏蔽同名的全局变量。

所以，在本文开头的代码中，显示输出的结果并不相同。

下图就是3个变量x的值输出显示时的过程。

到这里，我们有必要来了解一下作用域的概念。

作用域也叫命名空间，命名空间是一个我们看不到的字典，字典的键记录变量的名称，字典的值记录着变量的值。

每个模块都会创建一个全局命名空间，用于记录模块的变量，包括全局变量和局部变量，以及其它导入模块中的变量。

每个函数调用时都会创建一个局部命名空间，用于记录函数的变量，包括函数的参数和函数内部创建的变量。

另外，还有内置命名空间，任何模块都能够访问，记录了内置函数和异常。

第三部分，我们来了解如何在函数中读取与修改全局变量。

首先，我们先来看读取全局变量。

一般情况下，我们在函数中可以直接读取全局变量。

这里我们看一段根据半径计算圆形周长的代码。

示例代码：

radius = 21  # 创建半径的变量并赋值

def get_perimeter():  # 定义获取周长的函数
    perimeter = round(2 * 3.14 * radius,2)  # 创建周长的变量保存计算结果
    return perimeter  # 返回结果

print(get_perimeter()) # 显示输出结果为：131.88

在上方代码中，我们定义了全局变量radius，在函数中我们可以直接调用这个变量参与计算。

但是，如果我们在函数中创建的局部变量如果与全局变量同名，这时候怎么调用全局变量呢？

我们可以借用内置函数globals来获取到全局变量。

示例代码：

def global_case():  # 定义函数
    x = 5  # 创建同名局部变量
    result = x * globals()['x']  # 通过globals函数获取全局变量x与局部变量x相乘
    return result  # 返回结果

print(global_case())  # 显示输出结果为：15

接下来，我们来看如何在函数中修改全局变量（或者叫重新绑定全局变量为其他值）。

当我们创建了某个全局变量，在函数中无法直接修改这个变量。

就像之前的代码中，即便在函数中给x赋值（例如x=1），也只是创建了一个新的局部变量，而不是对全局变量x进行修改。

那么，如何在函数中修改全局变量呢？

我们可以使用global关键字，声明要重新绑定的全局变量。

这样，Python解释器就能够知道，我们是要对已有的全局变量进行修改，而不是创建一个新的同名局部变量。

示例代码：

x = 10 # 创建全局变量

def change_global():  # 定义函数
    global x  # 声明要修改的全局变量
    x = 5  # 修改变量值

change_global()  # 调用函数
print(x)  # 显示输出全局变量x的值，结果为：5

在上方代码中，大家能够看到，我们定义了全局变量x和修改这个全局变量的函数change_global。

在修改全局变量的函数change_global中我们并没有设定返回值，它只起到修改的作用。

所以，当我们执行了这个函数，再显示输出变量x的值，就是经过修改后的值。

补充说明：如果想在内嵌函数中修改外层函数中的局部变量，可以使用关键字nonlocal进行声明。使用方法和关键字global类似。

示例代码：

def nonlocal_case():
    x = 10 # 创建局部变量

    def change_nonlocal():  # 定义函数
        nonlocal x  # 声明要修改的外部变量
        x = 5  # 修改变量值

    change_nonlocal() # 调用修改函数执行修改
    return x # 返回变量x的值

print(nonlocal_case())  # 显示输出全局变量x的值，结果为：5

第四部分，我们来了解一下闭包（closure）的概念。

在网上查了闭包的解释，百度百科中是这样说的：闭包由要执行的代码块（内嵌函数）和为自由变量（外部变量）提供绑定的计算环境（作用域/命名空间）组成。

注意，上面这段话中，括号里面的内容是我按照自己的理解添加的。

以我个人的观点，闭包就是由返回的内嵌函数和这个内嵌函数中用到的外部变量（1）以及其他函数（2）打包而成的一个整体。

（1）外部变量，包括：外层函数的参数变量以及外层函数中定义的局部变量

（2）其它函数，包括：外层函数中定义的其他内嵌函数

例如，在本文第一段代码中就有闭包的出现。

为了更清楚的解释闭包的概念，我们来看一段代码。

用户输入合成的宝石数量，然后执行合成计算。

示例代码：

def synthesis():
    count = int(input('请放入宝石：'))
    while True:
        if count < 3:
            count += int(input('宝石太少，请再放入一些宝石：'))
        else:
            break

    def execute():
        result = count // 3  # 调用外部变量进行整除运算
        print('您放入了%s颗宝石，合成了%s颗高级宝石！' % (count,result))

    return execute 

exe = synthesis() # 调用函数
print('------------------开始合成------------------')
exe() #执行闭包内容

这段代码中，闭包包含的内容，如下图所示。

如图所示，外层函数被调用，执行return语句时，会将内嵌函数返回，形成闭包存入变量exe。

exe中的闭包内容包括：外层函数中变量count和内嵌函数excute。

exe()语句会执行闭包中的内容，我们可以认为执行了以下语句。

count = *  # "*"表示外层函数执行后，变量count的最终值
def execute():
    result = count // 3  # 调用外部变量进行整除运算
    print('您的%s颗宝石，合成了%s颗高级宝石！' % (count, result))

本节知识点：

1、嵌套函数；

2、作用域的概念；

3、函数中对外部变量与全局变量的修改；

4、闭包的概念。

本节英文单词与中文释义：

1、inside：内部

2、outside：外部

3、radius：半径

4、perimeter：周长

5、case：情形

6、synthesis：合成

7、execute：执行

练习：独立完成宝石合成的示例代码。

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