Python 函数装饰器和闭包(变量作用域规则)

本章内容：
Python 怎样计算装饰器句法
Python 怎样判定变量是不是局部的
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
尺度库中有用的装饰器
实现一个参数化装饰器
  变量作用域规则

在示例 7-4 中，我们界说并测试了一个函数，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，这个函数没有界说
它。
示例 7-4　一个函数，读取一个局部变量和一个全局变量

1. >>> def f1(a):
2. ... print(a)
3. ... print(b)
4. ...
5. >>> f1(3)
6. 3 Traceback (
7. most recent call last):
8. File "<stdin>", line 1, in <module>
9. File "<stdin>", line 3, in f1
10. NameError: global name 'b' is not defined

复制代码

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：

1. >>> b = 6
2. >>> f1(3)
3. 36

复制代码

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，因为在函数的界说体中给它赋值了

1. >>> b = 6
2. >>> def f2(a):
3. ... print(a)
4. ... print(b)
5. ... b = 9
6. ...
7. >>> f2(3)
8. 3 Traceback (
9. most recent call last):
10. File "<stdin>", line 1, in <module>
11. File "<stdin>", line 3, in f2
12. UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment

复制代码

注意，首先输出了 3，这表明 print(a) 语句实行了。但是第二个语句
print(b) 实行不了。一开始我很吃惊，我以为会打印 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 编译函数的界说体时，它判定 b 是局部变量，因为在
函数中给它赋值了。生成的字节码证明了这种判定，Python 会实验从本
地环境获取 b。背面调用 f2(3) 时， f2 的界说领会获取并打印局部变
量 a 的值，但是实验获取局部变量 b 的值时，发现 b 没有绑定值。
这不是缺陷，而是筹划选择：Python 不要求声明变量，但是假定在函数
界说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），可能会在不知情的环境下获取全局变量。
如果在函数中赋值时想让表明器把 b 当成全局变量，要使用 global 声
明：

1. >>> b = 6
2. >>> def f3(a):
3. ... global b
4. ... print(a)
5. ... print(b)
6. ... b = 9
7. ...
8. >>> f3(3)
9. 36 >>> b
10. 9
11. >>> f3(3)
12. 39 >>> b
13. =
14. 30
15. >>> b
16. 30
17. >>>

复制代码

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

1. >>> from dis import dis
2. >>> dis(f1)
3. 2 0 LOAD_GLOBAL 0 (print) ➊
4. 3 LOAD_FAST 0 (a) ➋
5. 6 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
6. 9 POP_TOP
7. 3 10 LOAD_GLOBAL 0 (print)
8. 13 LOAD_GLOBAL 1 (b) ➌
9. 16 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
10. 19 POP_TOP
11. 20 LOAD_CONST 0 (None)
12. 23 RETURN_VALUE

复制代码

❶ 加载全局名称 print。
❷ 加载当地名称 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

1. >>> dis(f2)
2. 2 0 LOAD_GLOBAL 0 (print)
3. 3 LOAD_FAST 0 (a)
4. 6 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
5. 9 POP_TOP
6. 3 10 LOAD_GLOBAL 0 (print)
7. 13 LOAD_FAST 1 (b) ➊
8. 16 CALL_FUNCTION 1 (1 positional, 0 keyword pair)
9. 19 POP_TOP
10. 4 20 LOAD_CONST 1 (9)
11. 23 STORE_FAST 1 (b)
12. 26 LOAD_CONST 0 (None)
13. 29 RETURN_VALUE

复制代码

➊ 加载当地名称 b。这表明，编译器把 b 视作局部变量，纵然在后
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
的界说体。
运行字节码的 CPython VM 是栈机器，因此 LOAD 和 POP 操作引用
的是栈。深入阐明 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）对其做了阐明。

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