Python中的全局变量与局部变量作用域详解

知识点描述：
在Python中，变量作用域决定了在程序的哪个部分可以访问特定的变量。理解全局变量和局部变量的区别、访问规则以及修改方式，对于编写正确且可维护的代码至关重要。这个知识点涉及LEGB规则、global和nonlocal关键字的使用场景。

详细讲解：

1. 基本概念区分

全局变量：在函数外部定义的变量，在整个模块（文件）内都可访问
局部变量：在函数内部定义的变量，只在定义它的函数内部有效

示例：

x = 10  # 全局变量

def test():
    y = 20  # 局部变量
    print(f"局部变量y: {y}")
    print(f"全局变量x: {x}")

test()
print(f"全局变量x: {x}")
# print(y)  # 这里会报错，y是局部变量，外部无法访问

2. LEGB规则详解

当访问一个变量时，Python按照LEGB顺序查找：

• L（Local）：局部作用域
• E（Enclosing）：嵌套函数的外层作用域
• G（Global）：模块全局作用域
• B（Built-in）：内建作用域

x = "global"  # 全局作用域

def outer():
    x = "enclosing"  # 嵌套作用域
    
    def inner():
        x = "local"  # 局部作用域
        print(x)  # 输出"local"，优先找到局部变量
        
    inner()
    print(x)  # 输出"enclosing"

outer()
print(x)  # 输出"global"

3. 全局变量的读取与修改

情况1：只读取不修改
可以直接访问全局变量：

count = 0

def show_count():
    print(f"当前计数: {count}")  # 可以直接读取全局变量

show_count()

情况2：修改全局变量
必须使用global关键字声明：

count = 0

def increment():
    global count  # 声明使用全局变量
    count += 1
    print(f"计数增加到: {count}")

def wrong_increment():
    # 这里会创建新的局部变量，而不是修改全局变量
    count = 100  # 这是局部变量！
    print(f"局部count: {count}")

increment()  # 输出：计数增加到: 1
wrong_increment()  # 输出：局部count: 100
print(f"最终count: {count}")  # 输出：最终count: 1

4. nonlocal关键字

用于在嵌套函数中修改外层函数的变量：

def outer():
    x = 10
    
    def inner():
        nonlocal x  # 声明使用外层函数的变量
        x = 20
        print(f"inner中的x: {x}")
    
    inner()
    print(f"outer中的x: {x}")

outer()

5. 常见陷阱与最佳实践

陷阱1：意外创建局部变量

value = 100

def problematic():
    print(value)  # 这里会报错！
    value = 200   # 这行让Python认为value是局部变量

# problematic()  # 执行会报错：UnboundLocalError

陷阱2：可变对象的修改

my_list = [1, 2, 3]  # 可变对象

def modify_list():
    my_list.append(4)  # 可以直接修改，不需要global
    # my_list = [5, 6, 7]  # 这样就需要global了

modify_list()
print(my_list)  # 输出：[1, 2, 3, 4]

最佳实践：

1. 尽量减少全局变量的使用
2. 如果需要修改全局变量，明确使用global关键字
3. 对于嵌套函数中的外层变量修改，使用nonlocal
4. 使用有意义的变量名区分不同作用域的变量

6. 实际应用示例

# 计数器实现
def create_counter():
    count = 0
    
    def increment():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    
    def get_count():
        return count
    
    return increment, get_count

inc, get = create_counter()
print(inc())  # 1
print(inc())  # 2
print(get())  # 2

理解这些规则有助于避免常见的变量作用域错误，写出更加健壮的Python代码。