Python 的作用域是指一个 Python 程序中命名的可见性和生命周期，而命名空间是一个保存了名字到对象的映射的容器。这两个概念常常一起出现但指代不同的概念：作用域涉及到程序在何处以及如何查找变量的问题，而命名空间则涉及到名字如何与对象相关联的问题。在深入介绍之前，我们首先明确一个概念：在 Python 中，函数、类、模块等都可以创建自己的命名空间，而作用域规则决定了这些命名空间中的名字在哪些区域是可访问的。
一、PYTHON 命名空间
命名空间是从名字到对象的映射集合，Python 中的每个名字都存在于某个命名空间中。常见的命名空间有三种：局部（Local）、全局（Global）和内建（Built-in）。
局部命名空间
局部命名空间特指函数内的命名空间。当一个函数被调用时，一个局部命名空间就会被创建，其中包含了函数内部定义的所有变量与参数。当函数执行结束，该局部命名空间就会被销毁。
全局命名空间
全局命名空间是在模块层级定义的。它包括了一个模块中定义的所有函数、类和变量。当模块被导入或运行时，全局命名空间就会创建，而当解释器退出时，全局命名空间就会被销毁。
内建命名空间
内建命名空间包含了 Python 的内置函数和异常名。这些内置的名字在启动 Python 解释器时被加载，且一直存在，直到解释器退出。
二、PYTHON 作用域
作用域决定了名字的可见区域。Python 的作用域遵循 LEGB 规则，这表示查找名字的顺序依次为：局部作用域（Local）、上一层结构中的作用域（Enclosing functions）、全局作用域（Global）以及内建作用域（Built-in）。
局部（Local）作用域
局部作用域涉及到函数或类的方法内部。当在一个函数内部定义变量时，只有在该函数内部可以访问到这些变量，尝试在外部访问会抛出 NameError 异常。
闭包（Enclosing）作用域
在嵌套函数中，外层函数的作用域称为闭包作用域。当内层函数需要访问外层函数的变量时，它可以读取这个闭包作用域中的变量。
全局（Global）作用域
这代表了在模块层面上定义的作用域。一个模块中定义的变量，都属于模块的全局作用域，并且可被模块内的任何函数和类访问。
内建（Built-in）作用域
Python 自带的内建作用域包含了 Python 内置的函数和变量。在代码中我们无需任何导入，便可以直接使用这些内置的功能，如 len、range 等函数。
三、作用域与命名空间的关系
尽管作用域和命名空间是相关联的，但它们在概念上是不同的。作用域更多的是关注在哪部分程序我们可以直接访问某个名字，而命名空间则关注这个名字和对象之间的映射关系。
在 Python 编程过程中，正确理解和区分作用域与命名空间是非常重要的。这帮助我们有效组织代码结构，避免名字冲突，并正确使用变量和函数。
四、作用域规则的应用
在 Python 中写出合理、高效、无名字冲突的代码，需要对作用域规则有深刻的理解。接下来介绍几个作用域规则的应用实例。
全局变量与局部变量
要在一个函数内部改变全局变量的值，需要使用 global 关键字。这样可以避免创建一个同名的局部变量，确保函数内部引用的是全局作用域中的变量。
嵌套函数中的 nonlocal 关键字
在嵌套函数的上下文中，如果我们需要修改闭包作用域中的变量，可以使用 nonlocal 关键字。这能够确保修改的是闭包作用域中的同名变量，而不是创建一个新的局部变量。
理解作用域和命名空间的区别以及它们的内在联系，对于编写高质量的 Python 代码至关重要。通过实际的编码实践和经验积累，开发者会对这些概念有更深入的理解和应用。
相关问答FAQs：
1. 什么是Python的作用域和命名空间？
作用域和命名空间是Python中两个重要的概念。作用域指的是变量在程序中可访问的范围，而命名空间则是可用于存储和查找变量的对象。在Python中，每个函数、类和模块都有自己的命名空间，它们之间是相互独立的。
2. Python的作用域与命名空间有何不同？
作用域是指变量的可见性和访问权限，在Python中分为局部作用域和全局作用域。局部作用域指的是在函数内部定义的变量，只能在该函数内部访问。全局作用域指的是在函数外部定义的变量，可以在整个程序中的任何地方访问。
命名空间是相对于作用域而言的，它是一个用于存储变量名称的容器。不同的命名空间之间是相互独立的，即使两个相同名称的变量位于不同的命名空间中，它们也是不同的变量。
3. 如何使用Python的作用域和命名空间？
在Python中，我们可以使用关键字global和nonlocal来控制变量的作用域。使用global关键字可以在函数内部访问全局变量，并且可以修改全局变量的值。使用nonlocal关键字可以在嵌套函数内部访问外部嵌套函数中的变量。
为了避免命名冲突，我们可以使用模块的方式来组织代码，并将相关的变量放在同一个命名空间中。这样可以提高代码的可读性和维护性，同时避免变量之间的命名冲突。可以使用import语句来导入需要的模块，并通过模块名来访问其中定义的变量。
