面试题：Python模块命名空间与作用域之全局与局部变量修改

Question

给定以下Python代码： ```python a = 5 def func(): global a a = a + 10 b = a def inner(): nonlocal b b = b * 2 return b return inner() ``` 请说明 `func()` 函数的返回值，并详细阐述 `global` 和 `nonlocal` 关键字在这个代码片段中的作用，以及命名空间和作用域是如何相互影响的。

Answer 1

1. func() 函数的返回值：
   • 首先，全局变量 a 初始值为 5。
   • 在 func 函数中，使用 global 关键字声明 a 为全局变量，然后执行 a = a + 10，此时 a 的值变为 5 + 10 = 15。
   • 接着，将 a 的值赋给 b，即 b = 15。
   • 在 inner 函数中，使用 nonlocal 关键字声明 b 为外部函数（func 函数）的局部变量，然后执行 b = b * 2，此时 b 的值变为 15 * 2 = 30，并返回 b 的值。
   • 所以，func() 函数的返回值是 30。
2. global 关键字的作用：
   • 在 func 函数中，global a 声明了 a 是全局变量。这意味着在 func 函数内对 a 的赋值操作不是创建一个新的局部变量 a，而是直接修改全局作用域中的 a。如果没有 global a 这一行，当执行 a = a + 10 时，Python 会认为要创建一个新的局部变量 a，但由于在赋值前引用了 a（a + 10），会导致 UnboundLocalError 错误。
3. nonlocal 关键字的作用：
   • 在 inner 函数中，nonlocal b 声明了 b 是外部函数（func 函数）的局部变量，而不是在 inner 函数中创建一个新的局部变量 b。如果没有 nonlocal b 这一行，当执行 b = b * 2 时，Python 会认为要创建一个新的局部变量 b，但由于在赋值前引用了 b（b * 2），会导致 UnboundLocalError 错误。
4. 命名空间和作用域的相互影响：
   • 全局命名空间：包含全局变量 a。在整个程序的生命周期内存在。
   • func 函数的局部命名空间：当 func 函数被调用时创建，包含局部变量 b。当 func 函数执行结束，这个局部命名空间被销毁，除非 b 被返回或有其他方式被外部引用。由于使用了 global a，func 函数可以访问并修改全局命名空间中的 a。
   • inner 函数的局部命名空间：当 inner 函数被调用时创建。由于使用了 nonlocal b，inner 函数可以访问并修改 func 函数局部命名空间中的 b。inner 函数不能直接访问全局命名空间中的变量，除非使用 global 关键字声明。

综上所述，func() 函数返回 30，global 和 nonlocal 关键字分别用于正确访问和修改全局变量与外部函数的局部变量，同时它们也体现了不同命名空间和作用域之间的关系。