面试题：Python按值调用机制与闭包的交互

Question

在Python按值调用机制的基础上，阐述闭包中对外部变量的引用和修改规则。如果闭包函数在按值调用的环境下，试图修改外部不可变变量，会发生什么情况？如何在需要时正确修改外部不可变变量？请给出代码示例并解释原理。

Answer 1

1. 闭包中对外部变量的引用和修改规则
   • 引用规则：在闭包中，可以直接引用外部函数（非全局作用域）的变量。例如：

def outer():
    x = 10
    def inner():
        print(x)
    return inner
f = outer()
f()

• 修改规则：
  • 不可变变量：对于外部函数中的不可变变量（如整数、字符串、元组等），在闭包函数中不能直接修改。如果尝试直接修改，会导致UnboundLocalError错误，因为Python会将其视为在闭包函数内部创建一个新的局部变量，而不是修改外部函数的变量。例如：

def outer():
    x = 10
    def inner():
        x = 20  # 这里会报错，因为Python认为是在inner函数内创建新局部变量x，而不是修改outer函数的x
        print(x)
    return inner
f = outer()
f()

 - **可变变量**：对于外部函数中的可变变量（如列表、字典等），可以在闭包函数中直接修改其内容，因为可变对象的内存地址不变，只是对象内部的值发生了改变。例如：

def outer():
    my_list = [1, 2, 3]
    def inner():
        my_list.append(4)
        print(my_list)
    return inner
f = outer()
f()

2. 闭包函数在按值调用环境下，试图修改外部不可变变量的情况
   • 会发生UnboundLocalError错误。如上述修改不可变变量x的代码示例，Python解释器会认为在闭包函数内部试图创建一个新的局部变量x，而此时还没有对该局部变量赋值就使用，从而报错。
3. 正确修改外部不可变变量的方法
   • 使用nonlocal关键字（Python 3+）：在闭包函数中，如果要修改外部（非全局）不可变变量，可以使用nonlocal关键字。nonlocal关键字用于声明变量来自外部函数的作用域，而不是全局作用域或当前函数的局部作用域。例如：

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

• 原理：nonlocal关键字明确告诉Python解释器，在闭包函数中使用的变量是外部函数作用域中的变量，而不是创建一个新的局部变量。这样就可以在闭包函数中合法地修改外部不可变变量的值。