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本文轉載自微信公眾號「Python中文社區」，作者鞏慶奎。轉載本文請聯系Python中文社區公眾號。

啥是 global 和 nonlocal

Python 支持的關鍵詞里，global 和 nonlocal 初學者接觸的少，不知道是做什么用的;一些人雖然知道它們的作用，但對為什么要引入這兩個關鍵詞則有些不知其所以然。

粗淺地說，global 和 nonlocal 是為了在函數中修改全局和閉包變量而引入的關鍵字。

本文用代碼一點點分析引入 global 和 nonlocal 的原因。

一個奇怪的現象

下面，讓我們做一個測試。

g =1 
def fun(): 
    g = 2 
    return g  
print(fun(),g) 

一般地，我們認為結果應該為 2,2。這一點學過其他語言如 Java、c 的同學尤其認同。

但讓我們跑起來，可以看到結果為 2,1。也就是說，函數沒有改變全局變量 g。

這很奇怪，究其原因是因為：

• Python 認為所有 = 賦值都是在當前作用域新建變量。
  • 當我們在程序中 g = 1 時，表示當前全局作用域建立 g，賦值 1。
  • 當我們在函數中 g = 2 時，表示當前局部作用域建立 g，賦值 2。

使用 dis.dis(fun) 分析 fun 函數源代碼：

16           0 LOAD_CONST               1 (2) 
              2 STORE_FAST               0 (g) 
 17           4 LOAD_FAST                0 (g) 
              6 RETURN_VALUE 

可見，第 2 條指令 STORE_FAST，這是存儲到局部變量的命令。

所以，函數中實際操作的是局部變量。

還有更甚的例子如下，大家猜測下執行結果。

g =1 
def fun(): 
    g += 1 
    return g 
print(fun(),g)  

根據上文，我們知道函數不會改變全局變量 g，那么結果應該是 2,1，這次總算對了吧?

很抱歉，當執行到 g += 1 時，系統報錯：UnboundLocalError: local variable 'g' referenced before assignment。

仔細觀察錯誤，local variable 'g'，這里的 g 仍然被視為局部變量：沒有定義(=賦值)，就直接 inplace add，當然要報錯。

也就是說，所有在局部作用域中對全局變量的賦值、原位賦值都會失敗。唯有如下函數給我們帶來一絲安慰。

g =1 
def fun(): 
    return g 
print(fun(),g)  

結果 1,1，總算還有個正常的：在局部作用域中引用全局作用域變量正常。

那當我必須修改全局變量時，該怎么辦呢?

global 的引入和分析

這就是 global 引入的理由了，將全局變量擴展到函數中來，使函數可以修改全局變量。

g =1 
def fun(): 
    global g 
    g = 2 
    return g 
print(fun(),g)  

結果為 2,2，函數修改了全局變量。我們來看 dis.dis(fun) 的反匯編代碼。

37           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_GLOBAL             0 (g) 
38           4 LOAD_GLOBAL              0 (g) 
             6 RETURN_VALUE 

第 2 條指令，STORE_GLOBAL 是將常量 2 賦值給全局變量 g，異于上例中的 STORE_FAST指令對局部變量操作。

故此，我們得出結論：當在函數中讀取全局變量時，可以直接使用。但如果需要修改全局變量值，則需要在變量前加上 global 來修飾。

nonlocal 的引入

同樣地，當我們書寫嵌套函數，需要對閉包中的變量進行修改操作時，我們也需要引入 nonlocal 關鍵字。

如下函數中，我們定義了閉包，閉包中的變量 e，試圖在內嵌函數中進行修改，但沒有使用 nonlocal 關鍵字聲明 e。

def outer(): 
    e = 1 
    def inner(): 
        e = 2 
        return e 
    return inner 

參照上例，我們知道這種修改是徒勞的——因為看反匯編代碼 dis.dis(outer()) 可知：

63           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_FAST               0 (e) 
64           4 LOAD_FAST                0 (e) 
             6 RETURN_VALUE 

第 2 條指令 STORE_FAST，操作局部變量，也就是說 inner 里的 e，仍然被視為局部變量。

雷同于上例的 global，這里使用 nonlocal 來在內嵌函數 inner 中修改閉包變量 e。

def outer(): 
    e = 1 
    def inner(): 
        nonlocal e 
        e = 2 
        return e 
    return inner 

查看此時的反匯編代碼 dis.dis(outer()) 可知：

78           0 LOAD_CONST               1 (2) 
             2 STORE_DEREF              0 (e) 
79           4 LOAD_DEREF               0 (e) 
             6 RETURN_VALUE 

第 2 條指令 STORE_DEREF，操作的是閉包變量，也就是說 inner 里的 e，是可以修改的閉包中的 e。

總結

本文通過分析函數對全局變量和閉包變量的讀、寫操作，借助于反匯編字節碼分析，認清了 global 和 nonlocal 關鍵字的用法，對其引入和作用有了較為深刻認識。

作者：鞏慶奎，大奎，對計算機、電子信息工程感興趣。