面试题：Python函数调用与作用域问题

Question

在Python中，假设有一个嵌套函数，外层函数定义了变量x，内层函数中对x进行了修改，但却没有得到预期结果。请分析可能的原因，并说明函数调用过程中作用域规则是如何影响的，如何修改代码使其达到预期（即内层函数修改外层函数的x变量值）。

Answer 1

可能原因

1. 在Python中，默认情况下，内层函数无法直接修改外层函数的变量。如果内层函数中使用一个变量，Python首先会在其本地作用域查找，如果找不到，会依次向上层作用域查找，但如果内层函数试图直接对一个上层作用域的变量赋值，Python会创建一个新的本地变量，而不是修改外层的同名变量。

作用域规则影响

1. 作用域层次：Python有四个作用域，分别是本地作用域（Local）、嵌套作用域（Enclosing）、全局作用域（Global）和内置作用域（Built - in）。在嵌套函数中，内层函数访问变量时，遵循LEGB规则查找变量。当内层函数对变量进行赋值操作时，会优先在本地作用域创建新变量。
2. 不可变与可变数据类型：如果外层函数的x是可变数据类型（如列表、字典等），内层函数可以修改其内容而无需特殊声明；但如果是不可变数据类型（如整数、字符串、元组等），直接赋值就会创建新的本地变量。

修改代码使其达到预期

1. 使用nonlocal关键字（Python 3+）：如果是Python 3及以上版本，对于不可变数据类型，可以在内层函数中使用nonlocal关键字声明变量，表明要修改的是外层（非全局）作用域中的变量。

def outer():
    x = 10
    def inner():
        nonlocal x
        x = 20
    inner()
    return x
result = outer()
print(result)

2. 利用可变数据类型特性（适用于Python 2和Python 3）：将x定义为可变数据类型，如列表。

def outer():
    x = [10]
    def inner():
        x[0] = 20
    inner()
    return x[0]
result = outer()
print(result)

在Python 2中，没有nonlocal关键字，使用可变数据类型的方法是修改外层作用域变量的常用方式。