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Python 函数装饰器和闭包(变量作用域规则)

news 来源：原创 2025/5/5 17:24:51

本章内容：
Python 如何计算装饰器句法
Python 如何判断变量是不是局部的
闭包存在的原因和工作原理
nonlocal 能解决什么问题
掌握这些基础知识后，我们可以进一步探讨装饰器：
实现行为良好的装饰器
标准库中有用的装饰器
实现一个参数化装饰器

变量作用域规则

在示例 7-4 中，我们定义并测试了一个函数，它读取两个变量的值：一
个是局部变量 a，是函数的参数；另一个是变量 b，这个函数没有定义
它。

示例 7-4　一个函数，读取一个局部变量和一个全局变量

>>> def f1(a):
... print(a)
... print(b)
...
>>> f1(3)
3 Traceback (
most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 3, in f1
NameError: global name 'b' is not defined

出现错误并不奇怪。在示例 7-4 中，如果先给全局变量 b 赋值，然后
再调用 f，那就不会出错：

>>> b = 6
>>> f1(3)
36

下面看一个可能会让你吃惊的示例。
看一下示例 7-5 中的 f2 函数。前两行代码与示例 7-4 中的 f1 一样，然
后为 b 赋值，再打印它的值。可是，在赋值之前，第二个 print 失败
了。
示例 7-5　b 是局部变量，因为在函数的定义体中给它赋值了

>>> b = 6
>>> def f2(a):
... print(a)
... print(b)
... b = 9
...
>>> f2(3)
3 Traceback (
most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 3, in f2
UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment

注意，首先输出了 3，这表明 print(a) 语句执行了。但是第二个语句
print(b) 执行不了。一开始我很吃惊，我觉得会打印 6，因为有个全
局变量 b，而且是在 print(b) 之后为局部变量 b 赋值的。

可事实是，Python 编译函数的定义体时，它判断 b 是局部变量，因为在
函数中给它赋值了。生成的字节码证实了这种判断，Python 会尝试从本
地环境获取 b。后面调用 f2(3) 时， f2 的定义体会获取并打印局部变
量 a 的值，但是尝试获取局部变量 b 的值时，发现 b 没有绑定值。
这不是缺陷，而是设计选择：Python 不要求声明变量，但是假定在函数
定义体中赋值的变量是局部变量。这比 JavaScript 的行为好多了，
JavaScript 也不要求声明变量，但是如果忘记把变量声明为局部变量
（使用 var），可能会在不知情的情况下获取全局变量。

如果在函数中赋值时想让解释器把 b 当成全局变量，要使用 global 声
明：

>>> b = 6
>>> def f3(a):
... global b
... print(a)
... print(b)
... b = 9
...
>>> f3(3)
36 >>> b
9
>>> f3(3)
39 >>> b
=
30
>>> b
30
>>>

了解 Python 的变量作用域之后，下一节可以讨论闭包了。如果好奇示例
7-4 和示例 7-5 中的两个函数生成的字节码有什么区别，请阅读下述附
注栏。

比较字节码
dis 模块为反汇编 Python 函数字节码提供了简单的方式。示例 7-6
和 7-7 中分别是示例 7-4 中 f1 和示例 7-5 中 f2 的字节码。
示例 7-6　反汇编示例 7-4 中的 f1 函数

>>> from dis import dis
>>> dis(f1)
2 0 LOAD_GLOBAL 0 (print) ➊
3 LOAD_FAST 0 (a) ➋
6 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
9 POP_TOP
3 10 LOAD_GLOBAL 0 (print)
13 LOAD_GLOBAL 1 (b) ➌
16 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
19 POP_TOP
20 LOAD_CONST 0 (None)
23 RETURN_VALUE

❶ 加载全局名称 print。
❷ 加载本地名称 a。
❸ 加载全局名称 b。
请比较示例 7-6 中 f1 的字节码和示例 7-7 中 f2 的字节码。 示例 7-7　反汇编示例 7-5 中的 f2 函数

>>> dis(f2)
2 0 LOAD_GLOBAL 0 (print)
3 LOAD_FAST 0 (a)
6 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
9 POP_TOP
3 10 LOAD_GLOBAL 0 (print)
13 LOAD_FAST 1 (b) ➊
16 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
19 POP_TOP
4 20 LOAD_CONST 1 (9)
23 STORE_FAST 1 (b)
26 LOAD_CONST 0 (None)
29 RETURN_VALUE

➊ 加载本地名称 b。这表明，编译器把 b 视作局部变量，即使在后
面才为 b 赋值，因为变量的种类（是不是局部变量）不能改变函数
的定义体。
运行字节码的 CPython VM 是栈机器，因此 LOAD 和 POP 操作引用
的是栈。深入说明 Python 操作码不在本书范畴之内，不过 dis 模
块的文档（http://docs.python.org/3/library/dis.html）对其做了说明。