Python中的全局变量与局部变量的查找顺序与LEGB规则

一、问题描述
在Python中，当访问一个变量时，解释器需要确定这个变量来自哪里。由于Python允许在函数内外定义同名变量，这就产生了变量查找顺序的问题。理解LEGB规则能帮我们准确预测变量的访问结果，避免因作用域混淆导致的bug。

二、LEGB规则详解
LEGB代表四个作用域的查找顺序：Local → Enclosing → Global → Built-in。

1. Local（局部作用域）

   • 当前函数内部定义的变量
   • 包括参数和函数内赋值的变量

   def test():
       x = 10  # x是局部变量
       print(x)  # 优先查找局部作用域
   

2. Enclosing（闭包作用域）

   • 嵌套函数中，外层函数的作用域
   • 仅当存在函数嵌套时生效

   def outer():
       y = 20  # 闭包作用域变量
       def inner():
           print(y)  # 当前局部没有y，向上查找闭包作用域
       inner()
   

3. Global（全局作用域）

   • 模块级别定义的变量
   • 在函数外声明的变量

   z = 30  # 全局变量
   def func():
       print(z)  # 局部和闭包都没有时查找全局
   

4. Built-in（内置作用域）

   • Python内置的命名空间（如len, range）
   • 当其他作用域都找不到时最后查找

   def demo():
       print(len)  # 最终查找内置作用域的len函数
   

三、变量查找的完整流程
当访问变量var时，Python解释器按以下顺序搜索：

1. 检查当前函数的局部命名空间
2. 如果当前函数是嵌套函数，从内到外检查所有闭包作用域
3. 检查模块级别的全局命名空间
4. 检查内置命名空间
5. 如果所有步骤都未找到，抛出NameError

四、特殊情况的处理机制

1. 赋值操作的影响

   • 赋值语句（=）默认在局部作用域创建新变量
   • 使用global声明可修改全局变量

   count = 0
   def increment():
       global count  # 声明使用全局变量
       count += 1    # 否则会报UnboundLocalError
   

2. 闭包中的nonlocal

   • 修改闭包作用域变量需使用nonlocal

   def counter():
       n = 0
       def step():
           nonlocal n  # 声明使用闭包变量
           n += 1
           return n
       return step
   

3. 动态查找的特性

   • 查找发生在运行时，而非编译时
   • 每次变量访问都会重新执行查找过程

五、调试技巧与最佳实践

1. 使用locals()和globals()函数查看具体作用域内容
2. 避免使用与内置函数同名的变量（如list = [1,2]）
3. 明确使用global/nonlocal避免意外创建局部变量
4. 通过代码结构减少作用域嵌套层次

通过掌握LEGB规则，可以准确理解Python变量查找机制，写出更可预测的代码，同时能快速定位作用域相关的问题。