简介：蟒猫是猫来客，它热爱地球上的一切，尤其是优雅万能的蟒蛇。我是它的人类朋友，豌豆花下的猫，授权我润色和发布它的文章。如果你是第一次阅读本系列文章，那么我强烈建议你阅读它写的前几篇文章（见文末链接），相信你会爱上这种神秘的哲学+极客猫。话不多说，一起来享受今天的“思想盛宴”吧！喵，朋友们，好久不见。刚吃完一顿美餐，心里好满足。自从习惯了地球上的食物，我的胃里就出现了一些莫名其妙的反应。从最近的新陈代谢可以感觉到，我的母胎习惯在逐渐消退。人类的食物正在改变我，或者说重塑我。也许有一天，我会变成白菜，变成鱼……呸呸呸。我还是想当一只猫。喵喵的生命太短暂了，要抓紧更新正文了。最近，看到两件我觉得非常有趣的事情，那就从那说起吧。首先是某知名影视明星，因为名不副实的学术精英身份，被讽刺的打假系统批评；质朴和俏皮赢得了猫屎的称号。身份是一个如此神奇的话题。看着他们的身份错位，我总是想起自己的处境。我（也许）知道过去时的我是谁，但我越来越不确定现在时的我是谁，更不用说未来的我了。在人间应该怎样对待自己？我该如何与你相处？想了半天，也没有答案。头疼，尾巴疼。想都别想喵。下面继续和大家聊聊Python。上次我们讲了对象的边界问题。无论是固定边界还是弹性边界，无非是修身的两种诉求。有的对象自足快乐，有的对象相容包容理想。然而，边界问题还没有结束。正如儒家经典所说：修身——齐家——治国——平天下。内层的势能扩散出去，进入更广阔的空间。Python对象的边界并不局限于自身。这里有一个巧妙的映射关系：对象（body）-函数（home）-模块（country）-package（world）。个人被归入不同的命名空间并生活在分层范围内。（当然，万幸的是，他们不会受到道德和礼仪的严格压迫~__~）1.你的名字我们先来看模块。这是一个合适的尺度，从中可以平滑地连接功能和包。什么是模块？任何以.py后缀结尾的文件都是一个模块。模块有什么好处？首先，不同功能的代码容易拆分，单个功能的代码量小更容易维护；第二，易于组装和重用，Python以丰富的第三方模块着称；最后，模块创建一个私有命名空间，可以有效地管理各种对象的命名。可以说，模块是Python世界中最小的自洽生态系统——除了在控制台直接运行命令的情况，模块是最小的可执行单元。前面我把模块比作一个国家，当然不伦不类，因为很难想象在现实世界中，会有成千上万个完全不同的国家（我指的是到地球，但喵星人不同，我会在后面详细说明）。类比可以帮助我们运用我们的思维，所以我们只做这个假设。这样一来，思考模块之间的相互引用就这么有趣了。这不是国家之间的战争入侵，而是人道主义援助。至于市民的流动和迁徙，可能会成为冒险之旅的谈资。我也对模块的身份角色感兴趣。碰巧发现，他们在用名字的时候，玩了个双姓把戏。观看下面的表演。首先创建两个模块A.py和B.py，它们的内容如下：#模块A的内容：print("moduleA:",__name__)#模块B的内容：importAprint("moduleB:",__name__)其中__name__是指当前模块的名称。代码的逻辑是：模块A会打印这个模块的名字，模块B会先打印模块A的名字再打印这个模块的名字，因为它引入了模块A。那么结果是什么样的呢？A.py的执行结果：moduleA:__main__B.py的执行结果：moduleA:testmoduleB:__main__可以看到问题了！模块A前后其实有两个不同的名字，这两个名字是什么意思，为什么会有这样的区别？我觉得这体现了名字的本质——对我自己来说，我就是我，不需要名字来标示；但对于其他人来说，ta是众生之一，只有命名才能区分。因此，当一个模块调用自己时（即自己执行时），就是“__main__”，当被别人调用时（即被引用时），就会是模块的真实名称。这真是一个巧妙的设置。由于模块名称的双重性，我们可以添加一个判断来隐藏一个不属于外部的模块的内容。#ContentsofmoduleA:print("moduleA:",__name__)if__name__=="__main__":print("privateinfo.")在上面的代码中，只有当模块A本身是executed”，当导入到其他模块时，这部分内容将不会被执行。2.名称的时间和空间对于生物，我们有各种属性，比如名称，性别，年龄等等。和Python对象一样，它们也有各种属性，一个模块就是一个对象，“__name__”是它的一个属性。此外，模块还有以下最基本的属性：>>>importA>>>print(dir(A))['__builtins__','__cached__','__doc__','__file__','__loader__','__name__','__package__','__spec__']在模块的全局空间中，一些属性作用于全局，其中Python称为全局变量，而其他作用于局部的属性称为局部变量。一个变量对应一个属性的名称，它与一个特定的值相关联。通过globals()和locals()，“名称-值对”"的变量可以被打印出来。x=1deffoo():y=2print("Globalvariables:",globals())print("Localvariables:",locals())foo()在IDE中执行上面的代码，结果：Globalvariables:{'__name__':'__main__','__doc__':None,'__package__':None,'__loader__':<_frozen_importlib_external.SourceFileLoaderobjectat0x000001AC1EB7A400>,'__spec__':None,'__annotations__':{},'__builtins__':,'__file__':'C:/pythoncat/A.py','__cached__':None,'x':1,'foo':}Localvariable:{'y':2}可以看出，x是全局变量，对应值为1，y是局部变量，对应值为2，两个变量作用域不同：局部变量的作用是在函数内部，不能在外部直接使用；全局变量作用于整个世界，但只能在函数内部访问，不能修改。与Java、C++等语言不同，Python并没有屈服于解析的便利，也没有使用呆板的花括号来组织作用域，而是采用了轻巧简洁的缩进方式。但是，所有的编程语言在区分变量类型和区分范围的目的上都是相似的：控制访问权限和管理变量命名。关于访问控制，在上面的例子中，局部变量y的作用域仅限于foo方法。如果直接在外面使用，会报错“NameError:name'y'isnotdefined”。关于变量命名的管理，不同的作用域管理自己独立的名册。一个作用域中的名称指的是唯一的对象，而不同作用域中的对象可以具有相同的名称。修改上面的例子：x=1y=1deffoo():y=2x=2print("insidefoo:x="+str(x)+",y="+str(y))foo()print("outsidefoo:x="+str(x)+",y="+str(y))在全局作用域和局部作用域命名同一个变量，那么打印出来的结果是什么呢？insidefoo:x=2,y=2outsidefoo:x=1,y=1可见同名可以出现在不同作用域，互不干扰。那么，如何判断一个变量在哪个作用域呢？对于跨域分布的嵌套作用域和变量名，应该采用什么样的搜索策略？Python设计了命名空间（namespace）机制，命名空间本质上是一个字典，一个花名册，里面注册了所有变量的名称和对应的值。根据记录的内容不同，可以分为四类：局部命名空间（localnamespace），记录了函数的变量，包括函数的参数和局部定义的变量。可以通过内置函数locals()查看。调用函数时创建，函数退出时删除。全局命名空间（globalnamespace）记录了模块的变量，包括函数、类、其他导入的模块、模块级变量和常量。可以通过内置函数globals()查看。在加载模块时创建并始终存在。内置命名空间（built-innamespace）记录了所有模块共享的变量，包括一些内置函数和异常。在解释器启动时创建并持续存在。命名空间包（namespacepackages），一个包级的命名空间，跨包对模块进行分组和管理。命名空间总是存在于特定的范围内，并且范围具有优先级。查找变量的顺序是：local/localscope-->global/module/packagescope-->built-inscope。命名空间充当变量和范围之间的桥梁，承担管理命名、记录名称-值对和检索变量的任务。难怪《Python之禅》（TheZenofPython）在最后一句话中说：Namespacesisonehoninggreatidea--let'sdomoreofthose！——译文：命名空间是一个很棒的想法，应该更多地使用！3.不可见客名（变量）是身份问题，空格（作用域）是边界问题，命名空间都是。这两个问题恰恰是困扰众生的两个核心问题。它们的特点是：无处不在，生生不息，就像一个超大的乱七八糟的毛线团。Python就是继承了这些人类烦恼（不可避免）的神器，幸好这个简化版的烦恼可以解决。（当然现在可以解决，但是如果人工智能高度发达呢？我觉得不会，喵喵，好像让我想起了一个痛苦的梦，打住。）这里有几个问题（注：每个例子是相互独立的):#示例1:x=x+1#示例2:x=1deffoo():x=x+1foo()#示例3:x=1deffoo():print(x)x=2foo()#Example4:deffoo():ifFalse:x=3print(x)foo()#Example5:ifFalse:x=3print(x)下面给出了几个选项，请大家想一想选择每个示例的答案：1.没有报告错误。2.报错：name'x'isnotdefined。3、报错：赋值前引用了局部变量'x'。报一类错误，即没有定义的变量不能使用，其他例子是第二类错误，即已经定义但未赋值的变量不能使用。为什么会出现错误？为什么报告的错误不同？下面一一解释。例1是定义一个变量的过程。本身定义还没有完成，但是等号右边要用到变量x，所以报变量undefined。在示例2和示例3中，全局变量x已被定义。如果只在foo函数中引用了全局变量x或者定义了一个新的局部变量x，不会报错，但是现在既有引用也有同名的定义。这就提出了一个新问题。请参阅下面的示例以获取解释。例4中，if语句的判断无效，所以不会执行“x=3”这句。从逻辑上讲，x没有定义。此时locals()本地命名空间中没有任何内容（读者可以试一试）。但是print方法报告说找到了一个未赋值的变量x。为什么？使用dis模块查看foo函数的字节码：LOAD_FAST表示在局部范围内找到了变量名x，结果为0表示没有找到变量x指向的值。由于此时locals()本地命名空间中没有任何内容，那么在本地范围内找到的x是从哪里来的呢？其实Python虽然是所谓的解释型语言，但是它也有一个编译过程（不同于Java等语言的编译过程）。在例2-4中，编译器首先将foo方法解析成一棵抽象语法树（abstractsyntaxtree），然后扫描树上的名称（name）节点，然后，所有扫描到的变量名都会作为局部函数的字段变量名存储在内存中（堆栈？）。编译期结束后，局部范围内的变量名已经确定，但还没有赋值。在后续的解释期（也就是代码执行期），如果有赋值过程，变量名和值会存储在本地命名空间中，可以通过locals()查看。只有存储在命名空间中，变量才能真正定义（声明+赋值）。上面三个例子报错的原因是变量名已经被解析成局部变量，但是还没有赋值。可以推断，在局部范围内查找变量实际上分为两步：检查内存和检查命名空间。另外，如果要在局部范围内修改全局变量，需要在范围内写上“globalx”。例5作为例4的对比，也是对其原理的补充。它们的区别在于，一个不在函数中，一个在函数中，但错误完全不同。Example4分析背后的原理是编译过程和抽象语法树。如果这个原理对例5也有效，那么两者的报错应该是一样的。现在有区别了，为什么？我不得不承认，这触及了我的知识盲点。我们可以推测，例5的编译过程是不同的，它没有解析抽象语法树的步骤。不过，继续追问，为什么不一样，为什么没有解析语法树的步骤呢？如果是出于解析函数和解析模块成本的考虑，或者其他的考虑，那么新的问题是，编译和解析的底层原理是什么，如果还有其他的考虑，又是什么呢？这些都不是回答其中任何一个的可爱问题。然而，一步步思考探索到这个层次又能怪谁呢？回到我前面说的，命名空间是一个身份和边界的整合问题，它和作用域密切相关。现在看来，编译器会介入，让这些问题变得更加复杂。本来问的是Python中的边界问题，结果触及了自己的知识边界。多么讽刺。（这次寻找人工造物身份的旅程会不会像走迷宫，陷入自己身份的两难境地？）4.边界内外边界让我们暂时抛开那些不讨人喜欢的问题，继续说说修身齐家，国泰天下。要想把国家治好，就要面对更多的国内和国际问题。给大家看一个问题：defmake_averager():count=0total=0defaverager(new_value):nonlocalcount,totalcount+=1total+=new_valuereturntotal/countreturnaverageraverager=make_averager()print(averager(10))print(averager(11))###输出结果：10.010.5这里存在嵌套函数，即函数中包含其他函数。外部-内部函数关系类似于模块-外部函数关系。同样，它们的作用域关系也类似：外部函数作用域-内部函数作用域，模块全局作用域-外部函数作用域。在内层作用域中，可以访问外层作用域的变量，但不能直接修改，除非使用nonlocal进行转换。Python3引入了nonlocal关键字来标识外部函数的作用域，介于全局作用域和局部作用域之间，即global--nonlocal--local。也就是说，国家-每个人-小家庭。上面的例子中，nonlocal关键字使小加（内部函数）可以修改everyone（外部函数）的变量，但是变量并不是在小加中创建的。当小家的函数执行完毕后，它没有权限清理这些变量。nonlocal只带修改权限，不带回收清理权限，导致外部函数的变量突破原来的生命周期，变成自由变量。上面的例子是一个平均函数。由于自由变量的存在，每次调用时，新传入的参数都会和自由变量一起计算。在计算机科学中，引用自由变量的函数称为闭包。本质上，闭包就是突破局部界限的东西，所谓“跳出三界，不在五行”。每次调用闭包函数，都可以继续使用上次调用的结果。这不就像一个转世的人（按照某种宗教的说法），还带着前世的记忆和技能吗？打破界限必然会带来新的身份认同问题，这一点就是明证。然而，人类并不打算修复它，因为他们发现这种身份异化特性可以在很多场合发挥作用，比如装饰器和函数式编程。适应身份异化并从中获益，是地球人类的天赋。说完了家破人亡的话题，让我们睁眼看一看世事。计算机语言中的包（package）其实就是一个目录结构，以文件夹的形式打包组织起来，内容可以包括各种模块（py文件）、配置文件、静态资源文件等，话题很多与包相关的，比如内置包、第三方包、包仓库、如何打包、如何使用包、虚拟环境等等。这是可以理解的，更大的边界意味着更多的关系，更大的边界也意味着更多的知识和未知。在这里，我想谈谈Python3.3中引入的命名空间包，因为它是前面讨论的所有主题的延续。然而，关于其背景、实现方式和用途的细节并不重要。我敏感而发散的思维突然捕捉到一个相似的结构，似乎更值得一提。通过命名空间包的设计，不同包中的同一个命名空间可以共同使用，从而将不同目录下的代码归纳为一个通用的命名空间。也就是说，多个原本相对独立的包，在同名命名空间的帮助下，实现了远距离的即时连接，简直令人惊叹。我想到了空间折叠，一个说不上很深的技术，但确实帮助我从猫穿越到地球。两个包裹，两个世界，两个宇宙，它们的距离和突破边界的方式是何等的相似！我对这种类似的结构着迷。在不同的事物中，相似性的出现意味着更高维规律的存在，而在不同的规律中，新的相似性意味着更抽象的规律。学完Python，想通过调查来回答关于自己的类似问题……啊，不知不觉写了这么久，该死的皮又在叫嚣了——地球网上的菜真够抠门的，而且不知道你们人类怎么受得了这几百万年的驯化过程……我就不写了，去觅食吧。各位读者，后面会有期~~~Python猫前作：有了Python，我可以给所有的猫起名字Python对象的身份神话：从所有公民到万物皆可数Python对象的空间边界：孤独、开放、包容附录：局部变量编译原理：https://dwz.cn/ipj6FluJ命名空间包：https://www.tuicool.com/artic...公众号【Python猫】，专注于Python技术和数据科学以及深度学习，试图打造一个有趣好用的学习分享平台。本期连载系列精品文章，包括喵星哲学猫系列、Python进阶系列、好书推荐系列、优质英文推荐与翻译等，欢迎关注。PS：后台回复“爱学习”，即可免费获得学习大礼包。
