摘要

• global?標志實際上是為了提示 python 解釋器，表明被其修飾的變量是全局變量。這樣解釋器就可以從當前空間 (current scope) 中讀寫相應變量了。
• Python 的全局變量是模塊 (module) 級別的
• 每個 python 函數(shù)擁有對應的?__globals__?字典，該字典與函數(shù)所屬模塊的?__dict__?字典完全相同。函數(shù)的全局變量也會從這個字典中獲取
• 注：上面三句話的意思就是，python 解釋器發(fā)現(xiàn)函數(shù)中的某個變量被?global?關(guān)鍵字修飾，就去函數(shù)的?__globals__?字典變量中尋找（因為 python 中函數(shù)也是一等對象）；同時，一個模塊中每個函數(shù)的?__globals__?字典變量都是模塊?__dict__?字典變量的引用，二者值完全相同。
• 避免全局變量將使得程序更容易被調(diào)試，同時也能提升程序的可讀性
• 使用到的全局變量只是作為引用，不在函數(shù)中修改它的值的話，不需要加global關(guān)鍵字.?使用到的全局變量，需要在函數(shù)中修改的話，就涉及到歧義問題. 因此在函數(shù)中修改全局變量的話需要加global關(guān)鍵字

動機

我最近遇到了一個關(guān)于 python 全局變量的問題，如下面這個簡單例子里展示（當然實際代碼要比這個復雜的多，這里只是一個抽象出來當例子）。例子中?foo.py?定義了函數(shù)?f，而函數(shù)?f?調(diào)用了全局變量?a：

            
# foo.py
 
def f():
  print(a)
 
def main():
  global a
  a = 5
  f()
 
if __name__ == '__main__':
  main()

          

運行上面這個文件將如預料中的輸出5。在另一個文件?bar.py?中我們引入上面的?f，代碼如下

            
# bar.py
from foo import f
 
def main():
  f()
 
main()

          

運行?bar.py?將報?NameError?錯誤。這是因為?a?被定義在?foo.py?的?main?函數(shù)中，而當導入?f?函數(shù)時，?foo.py?的?main?函數(shù)并未被運行，所以?a?也沒喲被定義。

            
Traceback (most recent call last):
 File "bar.py", line 10, in 
            
              
  main()
 File "bar.py", line 7, in main
  f()
 File "foo.py", line 5, in f
  print(a)
NameError: global name 'a' is not defined

            
          

定義全局變量?a

為了修復上面當問題第一反應是在?bar.py?中定義全局變量?a，這樣?f?就可以找到變量?a?了，如下面的代碼：

            
# bar.py
from foo import f
 
def main():
  global a
  a = 4
  f()
 
main()

          

然而依舊會報錯，黑人問號臉???

            
Traceback (most recent call last):
 File "/tmp/example/bar.py", line 13, in 
            
              
  main()
 File "/tmp/example/bar.py", line 9, in main
  f()
 File "/tmp/example/foo.py", line 5, in f
  print(a)
NameError: global name 'a' is not defined

            
          

函數(shù)的?__globals__?屬性與 python 的?global?語句

python 的?global?語句的作用只是提示 python 解釋器，被?global?修飾的變量是一個全局變量，利用上面例子里函數(shù)?f?的反編譯代碼可以清除的看到這一點：

            
import dis
from foo import f
 
dis.dis(f)

          

            
5      0 LOAD_GLOBAL       0 (print)
      2 LOAD_GLOBAL       1 (a)
      4 CALL_FUNCTION      1
      6 POP_TOP
      8 LOAD_CONST        0 (None)
      10 RETURN_VALUE

          

面可以看出變量?a?被認為是全局變量。Python 中的每一個函數(shù)都擁有一個?__globals__?字典變量，該變量實際是函數(shù)所屬模塊的?__dict__?變量的引用。所以在?bar.py?中我們想在?bar.main?函數(shù)中將全局變量?a?賦值為4，實際改變的是?bar.py?的?__dict__?字典變量 (注：而不是定義?f?的?foo.py?的?__dict__?字典變量)

            
# bar.py
def main():
  global a
  a = 4
  print(main.__globals__.keys())
  print(main.__globals__['a'])
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', '__file__', '__cached__', 'foo', 'f', 'dis', 'main', 'a'])
4

          

上面的代碼輸出了?main.__globals__?(即?bar.__dict__?) 中全局變量?a?的值是4，然而這個值對函數(shù)?f?來說確是不可見的，因為?f.__globals__?實際等于?foo.__dict__?(簡單而言就是命名空間不同)

            
from foo import f
print(f.__globals__)

          

假設(shè)我們在?foo.py?所有函數(shù)的外部預先定義了全局變量?a?，那么在將函數(shù)?f?導入時，a?會隨著?f.__globals__?一同被導入。但這時被導入的?f.__globals__["a"]?( 即?foo.__dict__["a"]?) 和?bar.main?中賦值的?bar.main.__globals__["a"]?( 即?bar.__dict__["a"]?) 仍然不是同一個變量，即賦值無法改變函數(shù)?f?的輸出，如下面的例子所示。

            
# foo.py
a = 3
 
def f():
  print(a)
 
def main():
  global a
  a = 5
  f()
 
if __name__ == '__main__':
  main()

          

              
# bar.py
from foo import f
 
def main():
  global a
  a = 4
  f()
 
main()

            

運行?bar.py?輸出3，而不是 4。

修改函數(shù)全局變量的值：更新?globals

就上述例子而言，如果我們想在?bar.py?中改變函數(shù)?f?的輸出，則需要直接更新其?__globals__?變量的值。

            
# bar.py
from foo import f
 
def main():
  f.__globals__['a'] = 4
  f()
 
main()

          

• 模塊的?dict?變量和猴子布丁 (monkey-patching)
  

如上所述，函數(shù)的?__globals__?變量實際是其所屬模塊?__dict__?變量的引用。所以為了達到上面修改全局變量的目的，也可以直接更新?foo.__dict__?。修改模塊?foo?的屬性 (attribute) 值即可直接更新?foo.__dict__?。

            
# bar.py
import foo
from foo import f
 
 
def main():
  foo.a = 4
  f()

          

如果你曾經(jīng)使用過運行中給代碼打補丁的庫，一般就是這么實現(xiàn)的。直接修改被打補丁的模塊的?__dict__?中特定的對象或函數(shù)。、

輸入使得函數(shù)變得更加容易測試
上面的例子中的函數(shù)?f?如果接受輸入變量的話，而不是使用全局變量，代碼將更容易被測試。同時可讀性也更好，出了問題也更容易 debug。

            
# foo.py
def f(a):
  print(a)
 
 
def main():
  a = 5
  f(a)
 
if __name__ == '__main__':
  main()

          

            
# bar.py
from foo import f
 
def main():
  a = 3
  f(a)

          

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