Python中的全局变量与局部变量作用域解析

题目描述：在Python中，变量作用域决定了变量的可访问范围。理解全局变量和局部变量的区别，以及如何在函数内部访问和修改全局变量，是Python编程的重要基础。

解题过程：

1. 基本概念理解

   • 全局变量：在模块级别（函数外部）定义的变量，在整个模块中都可访问
   • 局部变量：在函数内部定义的变量，只在函数内部可访问
   • 作用域层次：Python使用LEGB规则（Local → Enclosing → Global → Built-in）查找变量

2. 变量访问的基本规则

   x = 10  # 全局变量
   
   def func():
       y = 20  # 局部变量
       print(x)  # 可以访问全局变量x
       print(y)  # 可以访问局部变量y
   
   func()
   print(x)  # 可以访问全局变量x
   # print(y)  # 错误：y是局部变量，外部不可访问
   

3. 变量修改的特殊性

   x = 10
   
   def func1():
       x = 20  # 这创建了一个新的局部变量x，不是修改全局变量
       print("函数内部:", x)  # 输出20
   
   func1()
   print("函数外部:", x)  # 输出10，全局变量未被修改
   

4. 使用global关键字修改全局变量

   x = 10
   
   def func2():
       global x  # 声明x是全局变量
       x = 20    # 现在修改的是全局变量x
       print("函数内部:", x)  # 输出20
   
   func2()
   print("函数外部:", x)  # 输出20，全局变量已被修改
   

5. 嵌套函数中的nonlocal关键字

   def outer():
       x = 10  # 闭包变量（enclosing scope）
   
       def inner():
           nonlocal x  # 声明x是外层函数的变量
           x = 20      # 修改外层函数的变量
           print("inner:", x)  # 输出20
   
       inner()
       print("outer:", x)  # 输出20，外层变量已被修改
   
   outer()
   

6. 常见陷阱与最佳实践

   • 陷阱示例：意外创建局部变量

   x = 10
   
   def problematic_func():
       print(x)  # 在赋值之前引用x
       x = 20    # 这使x成为局部变量
   
   # problematic_func()  # 会报错：UnboundLocalError
   

   • 正确做法：明确变量作用域

   x = 10
   
   def correct_func():
       global x  # 明确声明
       print(x)  # 正常访问
       x = 20    # 正常修改
   
   correct_func()
   

7. 实际应用建议

   • 尽量减少全局变量的使用，避免副作用
   • 使用函数参数和返回值进行数据传递
   • 必要时使用类属性来共享状态
   • 明确使用global和nonlocal关键字，提高代码可读性

理解这些概念有助于编写更清晰、更可维护的Python代码，避免因作用域问题导致的难以调试的错误。