Python快速入门专业版（十三）：Python变量进阶：全局变量与局部变量（含global关键字用法）

引言：为什么变量“看得见”或“看不见”？

在Python中，变量并非在任何地方都能被访问——一个变量能被使用的范围（即“作用域”）由它的定义位置决定。这种“作用域规则”是编程的基础逻辑，却也是新手容易混淆的点：为什么在函数内定义的变量，在函数外无法打印？为什么试图在函数内修改全局变量会报错？

本文将系统讲解Python的变量作用域规则，重点区分全局变量（函数外定义，全程序可见）和局部变量（函数内定义，仅函数内可见），剖析“局部变量修改全局变量”的常见错误，并详解global和nonlocal两个关键字的用法，最终通过实战案例展示如何在复杂场景中正确管理变量作用域。

1.变量作用域：全局变量与局部变量的核心区别

变量的“作用域”（Scope）指的是变量能被访问的代码范围。根据定义位置的不同，Python变量可分为两类：全局变量和局部变量，它们的可见性和生命周期完全不同。

1.1 全局变量（Global Variable）

定义：在函数外部定义的变量，作用域是整个程序（包括所有函数内部，除非被局部变量遮蔽）。

特性：

• 从定义位置到程序结束都有效；
• 函数内部可以直接读取全局变量的值（无需特殊声明）；
• 全局变量属于全局命名空间（Global Namespace）。

代码示例：

# 定义全局变量（函数外）
global_var = "我是全局变量"def print_global():# 函数内部可以直接读取全局变量print(global_var)  # 输出：我是全局变量# 调用函数，验证全局变量可访问
print_global()# 函数外部也可直接访问全局变量
print(global_var)  # 输出：我是全局变量

1.2 局部变量（Local Variable）

定义：在函数内部定义的变量，作用域是当前函数内部（函数外部无法访问）。

特性：

• 仅在函数被调用时创建，函数执行结束后自动销毁；
• 函数外部无法访问局部变量（会报NameError）；
• 局部变量属于局部命名空间（Local Namespace）。

代码示例：

def create_local():# 定义局部变量（函数内）local_var = "我是局部变量"print(local_var)  # 输出：我是局部变量（函数内可访问）# 调用函数，执行局部变量相关操作
create_local()# 尝试在函数外访问局部变量（报错）
try:print(local_var)
except NameError as e:print(f"错误：{e}")  # 输出：错误：name 'local_var' is not defined

1.3 同名变量：局部变量“遮蔽”全局变量

当函数内部定义的局部变量与全局变量同名时，函数内部会优先使用局部变量（局部变量“遮蔽”了全局变量），这是避免全局变量被意外修改的保护机制。

代码示例：

# 全局变量
num = 100def test_scope():# 定义与全局变量同名的局部变量num = 200print(f"函数内的num（局部变量）：{num}")  # 输出：函数内的num（局部变量）：200test_scope()# 函数外的全局变量未被修改
print(f"函数外的num（全局变量）：{num}")  # 输出：函数外的num（全局变量）：100

原理：Python在查找变量时遵循“LEGB规则”（Local→Enclosing→Global→Built-in），即优先在当前局部作用域查找，再找外层嵌套作用域，然后是全局作用域，最后是内置作用域。

2.常见错误：局部变量修改全局变量的“陷阱”

函数内部可以读取全局变量，但直接修改全局变量会触发UnboundLocalError——这是新手最容易遇到的作用域错误之一。

2.1 错误演示：未声明时修改全局变量

# 全局变量
count = 0def increment():# 尝试直接修改全局变量（错误）count = count + 1  # 报错：UnboundLocalError: cannot assign to local variable 'count' where it is not declared as nonlocal or globalprint(f"修改后的count：{count}")increment()

错误原因：当Python解释器在函数内部看到count = ...这样的赋值语句时，会默认count是局部变量，但此时在赋值前又使用了count（count + 1），而局部变量count尚未定义，因此报错。

2.2 为什么“读取”可以，“修改”不行？

• 读取全局变量：函数内部没有同名局部变量时，Python会自动到全局作用域查找，因此可以正常读取；
• 修改全局变量：赋值操作会让Python将变量视为局部变量，若未提前声明，就会出现“使用未定义的局部变量”的错误。

反例（仅读取全局变量，不修改）：

count = 0def show_count():# 仅读取全局变量（不修改），正常运行print(f"当前count：{count}")  # 输出：当前count：0show_count()  # 正常执行，无错误

3.global关键字：在函数内操作全局变量

要在函数内部修改全局变量，必须用global关键字显式声明该变量是全局变量。global的作用是告诉Python：“这个变量不是局部变量，而是全局变量，请去全局作用域查找并修改它”。

3.1 global关键字的基础用法

语法：在函数内部，变量赋值前添加global 变量名。

代码示例：

# 全局变量
count = 0def increment():# 声明count是全局变量global count# 现在可以修改全局变量了count = count + 1print(f"函数内修改后的count：{count}")  # 输出：函数内修改后的count：1increment()# 验证全局变量确实被修改
print(f"函数外的count：{count}")  # 输出：函数外的count：1

3.2 用global声明未定义的全局变量

global还可以声明一个“尚未定义的全局变量”，函数执行后会在全局作用域创建该变量。

def create_global():# 声明并定义一个新的全局变量global new_globalnew_global = "我是用global创建的全局变量"# 调用函数前，new_global不存在
try:print(new_global)
except NameError as e:print(f"调用前：{e}")  # 输出：调用前：name 'new_global' is not defined# 调用函数，创建全局变量
create_global()# 调用后，全局变量可用
print(f"调用后：{new_global}")  # 输出：调用后：我是用global创建的全局变量

3.3 global的注意事项

• 仅修改时需要声明：若函数内仅读取全局变量，无需用global；只有修改时才需要；
• 避免滥用：过度使用全局变量会导致代码逻辑混乱（变量可被任意修改），优先用函数参数和返回值传递数据；
• 多个全局变量：可在一个global语句中声明多个变量，用逗号分隔，如global a, b, c。

4.nonlocal关键字：嵌套函数中修改外层变量

在嵌套函数（函数内部定义的函数）中，若要修改外层函数的局部变量（非全局变量），需要用nonlocal关键字。它的作用类似global，但针对的是“外层嵌套作用域”的变量，而非全局作用域。

4.1 嵌套函数的作用域问题

外层函数的局部变量，在内层函数中默认是只读的，直接修改会报错：

def outer():# 外层函数的局部变量outer_var = "外层变量"def inner():# 尝试修改外层函数的局部变量（错误）outer_var = "修改后的外层变量"  # 实际创建了一个内层局部变量print(f"inner内的outer_var：{outer_var}")inner()# 外层变量未被修改（inner内的是新局部变量）print(f"outer内的outer_var：{outer_var}")outer()
# 输出：
# inner内的outer_var：修改后的外层变量
# outer内的outer_var：外层变量

问题：内层函数的outer_var = ...创建了一个新的局部变量（属于inner），而非修改外层函数的outer_var。

4.2 nonlocal关键字的用法

nonlocal声明变量是“外层嵌套作用域”的变量，允许内层函数修改它：

def outer():outer_var = "外层变量"def inner():# 声明outer_var是外层嵌套作用域的变量nonlocal outer_var# 修改外层变量outer_var = "修改后的外层变量"print(f"inner内的outer_var：{outer_var}")inner()# 外层变量已被修改print(f"outer内的outer_var：{outer_var}")outer()
# 输出：
# inner内的outer_var：修改后的外层变量
# outer内的outer_var：修改后的外层变量

注意：nonlocal找的是“最近的外层非全局作用域”，若外层没有该变量，会报错SyntaxError。

4.3 实战案例：用nonlocal实现计数器

nonlocal常用于需要“保存状态”的嵌套函数，例如实现一个可累计的计数器：

def make_counter():# 外层函数的局部变量：用于保存计数状态count = 0def counter():# 声明count是外层的局部变量nonlocal countcount += 1return count# 返回内层函数（闭包）return counter# 创建计数器实例
counter1 = make_counter()
counter2 = make_counter()  # 独立的计数器，状态不共享# 调用计数器，验证状态累计
print(counter1())  # 1
print(counter1())  # 2
print(counter1())  # 3print(counter2())  # 1（独立计数）
print(counter2())  # 2

原理：外层函数make_counter返回内层函数counter，counter通过nonlocal修改外层的count，从而实现状态保存（闭包特性）。每个counter实例拥有独立的count，互不干扰。

5.全局变量vs局部变量：最佳实践与避坑指南

5.1 何时使用全局变量？

全局变量并非“洪水猛兽”，以下场景适合使用：

• 存储程序的全局配置（如日志级别、默认路径）；
• 保存整个程序生命周期中都需要的数据（如用户登录状态）。

示例：全局配置变量

# 全局配置（程序启动时初始化）
GLOBAL_CONFIG = {"debug": False,"log_path": "./app.log"
}def set_debug(debug_mode):# 修改全局配置global GLOBAL_CONFIGGLOBAL_CONFIG["debug"] = debug_modedef get_log_path():# 读取全局配置return GLOBAL_CONFIG["log_path"]

5.2 为什么要避免过度使用全局变量？

• 可读性差：全局变量可被程序任何位置修改，难以追踪修改记录；
• 可维护性低：函数依赖全局变量时，复用和测试变得困难；
• 冲突风险：同名变量可能导致意外遮蔽（如局部变量覆盖全局变量）。

替代方案：用函数参数传递输入，用返回值传递输出，避免依赖全局变量：

# 不推荐：依赖全局变量
total = 0
def add(a, b):global totaltotal = a + b# 推荐：用参数和返回值
def add(a, b):return a + btotal = add(3, 5)  # 显式赋值，逻辑清晰

5.3 作用域相关错误的排查技巧

1. UnboundLocalError：

   • 原因：函数内修改了未声明的全局变量，或使用了未定义的局部变量；
   • 解决：若修改全局变量，添加global声明；若用局部变量，确保赋值前已定义。

2. 局部变量遮蔽全局变量：

   • 现象：函数内使用变量时，预期是全局变量，实际用了同名局部变量；
   • 解决：避免变量名冲突，或用global明确指定全局变量。

3. nonlocal找不到外层变量：

   • 原因：nonlocal声明的变量在所有外层嵌套作用域中都不存在；
   • 解决：确保外层函数定义了该变量，或改用全局变量。

总结：变量作用域的核心规则

理解变量作用域是写出清晰、可维护代码的基础，核心要点总结如下：

1. 作用域分类：

   • 全局变量：函数外定义，全程序可见，生命周期与程序一致；
   • 局部变量：函数内定义，仅函数内可见，函数结束后销毁；
   • 嵌套作用域：外层函数的局部变量，可被内层函数读取（需nonlocal修改）。

2. 关键字用法：

   • global：在函数内声明变量为全局变量，允许修改全局变量；
   • nonlocal：在嵌套函数内声明变量为外层函数的局部变量，允许修改该变量。

3. 最佳实践：

   • 优先使用局部变量和函数参数/返回值，减少全局变量依赖；
   • 必须使用全局变量时，用大写命名（如GLOBAL_CONFIG），明确标识；
   • 嵌套函数中需共享状态时，用nonlocal（而非全局变量），避免污染全局作用域。

掌握这些规则，你就能避免90%以上的作用域相关错误，写出逻辑更清晰、更易维护的Python代码。记住：好的变量作用域设计，能让代码的“数据流”一目了然。