Python和Lua的預設作用域以及閉包

前段時間學了下lua，發現lua的預設作用域和python是相反的。lua定義變數時預設變數的作用域是全域性（global，這樣說不是很準確，lua在執行x = 1這樣的語句時會從當前環境開始一層層往上查詢x，只有在找不到x的情況下才定義全域性變數）的，而python定義變數時預設變數的作用域是區域性（local）的（當前塊）。另外，lua可以再定義變數時在變數前加上local關鍵字來定義區域性變數，而python沒有類似的關鍵字，python的變數只能定義在當前塊中。

我們知道，全域性變數是不好的，而區域性變數是好的，寫程式應該盡量使用區域性變數。所以一開始時我覺得python的這種約定比較好，它的優點就是可以少打些字。寫lua程式時不斷在心底默念「勿忘local，勿忘local」，然而還是有時會出現幾個漏網之魚並引發了一些神奇的bug。

第一次意識到python預設作用域的問題是在使用閉包時碰到的。關於閉包，lua教程上有一段**：

function new_counter()
local n = 0
local function counter()
n = n + 1
return n
endreturn counter
endc1 = new_counter()
c2 = new_counter()
print(c1()) -- 列印1
print(c2()) -- 列印1
print(c1()) -- 列印2
print(c2()) -- 列印2

閉包的本質可以參考sicp第三章的環境模型。在這裡可以簡單的想象為函式counter有乙個私有成員n。

現在問題來了：我想用python實現同樣功能的閉包？

首先直接從lua**依葫蘆畫瓢改寫成python**：

def new_counter():
n = 0
def counter():
n = n + 1
return n
return counter

然後傻眼：這個程式不能執行，第4行訪問了未賦值的變數n。出錯的原因並非是python不支援閉包，而是python的賦值操作訪問不了上一層的變數n（實際上，python認為這是定義區域性變數，而非賦值。在python中定義區域性變數與賦值操作在語法上是衝突的，python乾脆只支援可重定義的定義語句）。由於python預設作用域是區域性的，所以當程式執行到n = n + 1時，python認為這是乙個變數定義操作，於是建立了乙個（未初始化的）區域性變數n——並且順利地覆蓋了new_counter這一層的n——然後試圖把n + 1賦值給n，但是n未初始化，n + 1沒法計算，所以程式報錯。

可以用個小技巧來實現閉包賦值的功能：

def new_counter():
n = [0]
def counter():
n[0] = n[0] + 1
return n[0]
return counter

這裡n[0] = n[0] + 1不會出錯的原因是這裡的等號和前面n = n + 1的等號含義不一樣。n[0] = n[0] + 1中的等號意思是修改n的某個屬性。事實上這個等號最終呼叫了list的__setitem__方法。而n = n + 1中的等號意思是在當前環境將n + 1這個值繫結到符號n中（如果當前環境已存在符號n，就覆蓋它）。

另外題外話：打死我不用這種寫法，多難看吶。反正python是物件導向語言，要實現個計數器，大不了寫個類。

先總結一下python與lua的預設作用域的特點：

1、 lua預設作用域是全域性的，寫程式時要牢記local關鍵字（除非確實要定義全域性變數），不小心忘了local也不會提示，就等著糾bug吧。

2、 python預設作用域是區域性的，雖然寫程式的思維負擔少些，但是喪失了對上層變數賦值的能力（可以改，但會讓語言更混亂）。

看來兩種預設作用域都有問題？個人認為，出現以上問題的原因是：python和lua沒有實現定義和賦值的分離。在python和lua中，像x = 1這樣的語句既可以表示定義，也可以表示賦值。其實不只是這兩種語言，其實很多高階語言都沒有實現定義和賦值的分離。定義和賦值兩者功能上很像，但是它們本質上是有差別的。

下面以x = 1為例解釋定義與賦值：

定義的意思是：在當前環境中註冊符號x，並初始化為1。如果x已經存在，則報錯（不允許重定義）或者覆蓋（允許重定義）。

賦值的意思是：從當前環境開始，一層層往上找直到第一次找到符號x，把它的值修改成1。如果找不到就報錯（變數不存在）。

現在我們稍微修改一下python來實現定義和賦值的分離：用「:=」表示定義，用「=」表示賦值。然後重寫那個不能執行的new_counter例子（python中賦值操作和定義區域性變數衝突，換句話說，python其實沒有賦值操作，所以我們只需簡單的把「=」全換成「:=」就行了），看看它錯在哪：

def new_counter():
n := 0
def counter():
n := n + 1
return n
return counter

這個程式為什麼是錯的就很明顯了。第4行我們要的是賦值操作，而非定義操作。修改成正確的寫法：

def new_counter():
n := 0
def counter():
n = n + 1
return n
return counter

這樣就能正確執行了（前提是有修改版的python直譯器xd）。

最後說一些lua的情況。lua感覺上就把定義和賦值的分離實現了一半。帶有local關鍵字的等號語句肯定是定義了。問題是不帶local的等號語句。對於這種語句lua是這樣做的：先試圖做賦值，如果賦值失敗（變數不存在），就在最外層環境（全域性環境）定義變數。也就是說，不帶local的等號語句把定義和賦值混在一起了。另外，如果實現了定義和賦值的分離，就不需要考慮預設作用域的問題了——定義全部是在當前環境下定義，都是定義區域性變數。我實在想不出在乙個函式體或者什麼塊中定義全域性變數的好處。

Python和Lua的預設作用域以及閉包

python函式預設引數作用域

函式的作用域和預設引數

python的預設引數 Python 預設引數的坑

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