从结构分析作用域，深入解析作用域链背后的原理
2023-10-21 03:06:21
作用域——变量存储和查找的规则
提到作用域，大多数人联想到的第一点就是变量的存储和查找规则，对于这一点我们可以将作用域理解为一个范围，在这个范围内声明的变量可以在这个范围内被存储和查找。但它并不局限于此，我们还会发现另一个现象：当我们在某个函数中定义一个局部变量时，如果在这个局部变量与函数外已经存在的一个变量同名，那么函数外的这个变量将不再能够被访问。例如：
def my_function():
age = 20
print(age)
上述函数中，age变量的声明是在函数内，因此它属于局部变量。而当我们运行这段代码时，控制台会打印出20。此时如果再函数外定义一个同名变量，例如：
age = 30
def my_function():
age = 20
print(age)
当我们运行这段代码时，控制台仍会打印出20，这说明在函数外声明的age变量此时无法被访问，因为在函数内已经声明了一个同名的局部变量，而且由于局部变量的优先级更高，因此覆盖了函数外的age变量，这样一来我们无法直接访问到函数外的age变量。
因此，作用域不仅与变量的存储有关，同时还与变量的查找有关。作用域从本质上讲就是为了解决变量存储和查找的问题而产生的，作用域划分提供了查找变量时的一个基本依据。
深入解析作用域链
正如我们所知，一个程序中可能会有多个函数，这些函数之间可能相互调用。例如：
def outer_function():
age = 20
def inner_function():
print(age)
在上述代码中，inner_function函数定义在outer_function函数中，因此inner_function函数是outer_function函数的嵌套函数，两个函数之间存在着嵌套关系。
现在假设我们在outer_function函数中定义了一个age变量，并将其赋值为20。同时，我们又在inner_function函数中也定义了一个同名的age变量。如果我们在inner_function函数中对age变量进行访问，结果会发生什么呢？
答案是，inner_function函数中的age变量的值将被打印出来，也就是20。这是因为inner_function函数首先会尝试在局部作用域中查找age变量，如果找到了，那么就直接使用它。如果inner_function函数中的age变量尚未初始化，那么inner_function函数将沿着作用域链向上查找，即查找outer_function函数的作用域，如果找到它，那么inner_function函数将使用这个age变量。
这个过程叫做作用域查找，作用域查找的过程遵循以下规则：
- 首先，inner_function函数会先检查局部作用域，也就是inner_function函数本身的作用域，如果找到了age变量，那么就使用它，如果未找到，那么就继续沿作用域链向上查找；
- 其次，inner_function函数会检查outer_function函数的作用域，如果找到了age变量，那么就使用它，如果未找到，那么就继续沿作用域链向上查找；
- 如此循环下去，直到找到age变量，或者到达作用域链的顶部。如果在作用域链的顶部都无法找到age变量，那么inner_function函数就会报错。
作用域链是一个非常重要的概念，它决定了变量的存储和查找范围，并且决定了变量之间的关系。因此，深入理解作用域链对于理解编程语言的运行机制是非常重要的。
