学习目标：

• 了解局部变量和全局变量的区别。
• 掌握作用域的基本规则，知道变量的生命周期和可访问范围。
• 理解如何避免常见的作用域错误，提升代码的可读性和可维护性。

内容概述：

编程中的变量就像是工具箱里的工具，每一个工具都有它的作用范围——你不能在厨房里用木工工具，也不能在车库里用厨房的锅碗瓢盆。而 Python 中的变量也有类似的“使用范围”规则，这就是我们今天要学习的——作用域。

作用域控制了一个变量在程序中能被访问的范围。Python 中的作用域主要分为局部变量和全局变量，这两者的作用域各不相同，理解它们的区别对于编写高效且易于维护的代码至关重要。

1.局部变量：短暂且独立的存在

局部变量是指在函数内部定义的变量。它们只能在函数的内部使用，函数外部是无法访问的。每次调用函数时，局部变量就会被创建并初始化，函数执行完毕后，这些局部变量就会消失。

来看个简单的例子：

def greet():
    name = "Alice"  # 局部变量
    print(f"Hello, {name}!")

greet()  # 输出 Hello, Alice!
print(name)  # 会报错：NameError: name 'name' is not defined

在这个例子中，name 是一个局部变量，它仅在 greet() 函数内部有效。函数执行完之后，name 就不再存在。如果我们试图在函数外部访问 name，程序会抛出错误，告诉我们 name 是一个未定义的变量。

局部变量的一个重要特点是它们的生命周期仅限于函数的执行期间。当函数结束时，局部变量就被销毁，这就是局部变量的“短暂性”。

2.全局变量：长久而普遍的存在

与局部变量不同，全局变量是指在函数外部定义的变量。它们可以在程序的任何地方被访问，不仅限于函数内部。如果在函数内部需要修改全局变量的值，Python 提供了一个特别的关键字：global。

我们来看看全局变量是如何工作的：

age = 25  # 全局变量

def increase_age():
    global age  # 声明使用全局变量
    age += 1

increase_age()
print(age)  # 输出 26

在这个例子中，age 是一个全局变量。它定义在函数外部，所有函数都可以访问它。在 increase_age() 函数内部，我们通过 global 关键字告诉 Python，这个 age 变量并不是函数内部的局部变量，而是全局的。所以，我们可以修改全局变量的值，并在函数外部看到变化。

但是要注意，修改全局变量时需要小心。过度依赖全局变量可能会导致程序的可维护性降低，代码变得难以理解和调试。

3.局部变量和全局变量的作用域规则：LEGB 规则

在 Python 中，变量的查找遵循一种叫做 LEGB 的规则，这表示：

• L（Local）：首先在局部作用域中查找，即函数内部的局部变量。
• E（Enclosing）：如果在局部作用域找不到，再去查找函数外部但在函数内部的变量（例如嵌套函数中的变量）。
• G（Global）：如果在局部和闭包作用域中都找不到，就去全局作用域查找，即程序的全局变量。
• B（Built-in）：如果在全局作用域中仍然没有找到，最后就去 Python 内置的变量和函数查找。

举个例子来说明：

age = 30  # 全局变量

def outer():
    age = 40  # 外部函数的局部变量
    def inner():
        age = 50  # 内部函数的局部变量
        print(age)
    inner()

outer()  # 输出 50

在这个例子中，inner() 函数中定义了一个局部变量 age，它覆盖了外部作用域和全局作用域中的 age。当我们运行 inner() 时，Python 会首先在 inner() 的局部作用域中查找 age，并打印出它的值 50。

4.避免作用域错误：如何使用变量

了解了局部变量和全局变量的基本概念后，接下来我们要注意如何避免一些常见的作用域错误。

• 尽量避免使用全局变量：过多使用全局变量可能让程序变得不易理解和调试。它们的值会在程序的不同部分被改变，导致程序行为不可预测。更好的做法是将数据传递给函数，并返回结果，而不是依赖全局状态。
• # 不推荐的做法 total = 0 def add(a, b): global total total += a + b return total print(add(3, 5)) # 输出 8
• 避免修改不可变对象：如果你在函数内修改了一个不可变对象（如字符串或元组），它会创建一个新的对象，而不会改变原来的对象。
• name = "Alice" def change_name(): name = "Bob" # 修改了局部变量 name，不影响全局变量 change_name() print(name) # 输出 Alice
• 合理使用 global 关键字：尽量避免在函数内频繁使用 global 关键字，因为它会让你的代码变得更难理解。对于简单的程序，尽量通过函数参数和返回值来传递数据，而不是直接修改全局变量。

5.局部变量与全局变量的最佳实践

• 尽量减少全局变量的使用，尤其是当程序规模增大时，过多的全局变量会让程序变得难以管理。
• 使用函数参数和返回值，这是函数编程中最常见且最有效的数据传递方式。
• 使用局部变量进行封装，每个函数最好只关心它自己的逻辑，避免不必要的全局状态干扰。

小结：

今天，我们深入了解了局部变量与全局变量的概念，以及它们在不同作用域中的行为。掌握作用域规则，能帮助我们避免常见的变量冲突和作用域错误，编写更简洁、可维护的代码。

• 局部变量：只在函数内有效，生命周期短。
• 全局变量：在整个程序中都有效，但应谨慎使用。
• LEGB 规则：理解 Python 查找变量的顺序，帮助我们更好地管理作用域。

通过合理的作用域管理，我们能写出更加高效、简洁且易于调试的代码。

今日小挑战：

尝试写一个函数，使用全局变量计算某个数的平方，然后再通过局部变量计算它的立方。看看这两者的作用域有何不同。

下一步：明天，我们将学习函数中的异常处理，让你的代码更加强大，能够应对意外情况。