命名空间（namespace）：官方说法是从名称到对象的映射，实际上就是保存变量名与变量值绑定关系的一个空间。赋值语句会将绑定关系写入命名空间，而引用变量时则会根据变量名在命名空间中查询出对应的值。并且大部分的命名空间都是利用 Python 的字典来实现的（例外如类的 __slots__ 属性）。程序中出现在全局的变量构成一个命名空间，Python 内置的函数和异常类也有它们自己的命名空间，每次定义函数或类时也会创建专属于它们的命名空间。命名空间之间相互独立，同名的变量可以存在于不同的命名空间中，例如两个函数内部可以使用同名的局部变量，这有助于我们在不引发冲突的同时合理复用变量名。

作用域（scope）：官方说法是 Python 程序中能直接访问一个命名空间的文本区域。听起来有点抽象，实际上就是指出程序中哪些区域的文本归哪个命名空间管理，例如函数的作用域显然就是函数体（定义函数的所有语句），全局作用域就是从头到尾整个程序。但并不是说出现在一个作用域中的变量就一定属于该作用域（的命名空间）：若在该区域内通过赋值语句等操作创建（或修改）了该变量的绑定关系后，那它就属于该作用域；否则它就属于其它作用域，在当前区域引用它需要根据特定的规则向其它作用域进行查询。例如常见的在函数中引用全局变量。本文的一个重点就是要来仔细说说这一规则。

引用变量时，按 L -> E -> G -> B 的顺序在不同作用域中查询：

举个例子，若在函数中引用某变量，首先会在函数的局部作用域中查询该变量是否存在，查不到就到外层函数（如果存在的话）的作用域里去查，再查不到就接着去全局和内置作用域，如果都查不到就会抛出 NameError 异常了。下面再以一张图为例一步步进行解说。

这段程序的运行结果是

首先，程序在启动时就已经全部处于内置作用域中（图中肉色部分）。然后程序的每一句被解释器执行：函数名 func 和 outer_func 通过 def 语句分别绑定给了两个函数对象，其绑定关系写入了全局作用域的命名空间中（图中绿色部分）。__main__ 是全局作用域中预定义的变量，在本例中值为 'main'，变量名 func_arg 通过赋值语句绑定给了整数 1。因为全局作用域中并不存在名为 print 的函数，所以会到内置作用域中查询，因为 print 正好是内置函数所以顺利地找到了——即 G -> B 的查询顺序。print 函数的参数中出现了 func_arg，全局作用域中就有，所以打印出了整数 1。

接着到了调用函数的部分。我们都知道，函数被调用时会把形式参数（func_arg）绑定给传入的实际参数（即整数 2），所以 func 的命名空间中出现了 func_arg（图中第一个蓝色部分），并且这个 func_arg 与全局作用域中的 func_arg 毫无干系。然后又是按 L -> G -> B 的顺序在内置作用域中找到 print 函数，打印出整数 2。

主程序的最后一句是调用存在嵌套的函数 outer_func。outer_func 的函数体被执行，其中变量名 outer_var 被绑定给整数 1，函数名 inner_func 被绑定给嵌套定义的函数对象，之后它们出现在 outer_func 的命名空间中（图中第二个蓝色部分）。outer_func 函数体的最后一句是调用刚刚定义好的 inner_func 函数，inner_func 的函数体同样也是一个局部作用域（图中黄色部分），但因为被定义在 outer_func 内，所以 outer_func 的局部作用域同时也是 inner_func 的外部作用域。因此 inner_func 中调用 print 时发生了 L -> E -> G -> B 的搜索过程。在 inner_func 中调用 outer_var 也发生了 L -> E 的查询过程。

简单总结一下：作用域就好比花花绿绿的便利贴，最底下两张大的便利贴分别是内置作用域和全局作用域。定义新函数时会在这两张纸的基础上一层一层往上盖小便利贴，因而不同函数栈会摞成一个个纸堆。引用变量时则会从当前便利贴出发，一层一层往下查询，最远查到底层的内置作用域；不过往上查询是不允许的，所以外层函数无法引用内层函数的变量。根据这一规则，不同函数栈之间也是互不相通的。下图是对这一比喻的立体化展示

考虑下面这个函数

运行结果为

明明函数 inner_func 对变量 outer_var 进行了修改，但修改效果似乎没有体现在外层。这是因为 outer_var = 2 这个赋值语句只是在 inner_func 的作用域中新定义了一个绑定关系，这里的 outer_var 和外层的 outer_var 实际上分别属于不同的两个命名空间，除了变量名恰好相同以外并没有任何联系。这一行为还可以解读成，作用域外层的变量总是“只读”的——你可以根据 LEGB 规则引用外层变量的值，但若想通过赋值语句等操作改变其绑定关系，则只会在当前作用域里创建同名变量而已。

若把 inner_func 中的赋值语句改为自增

运行却发现会抛出 UnboundLocalError 异常。这里自增语句 outer_var += 1 等价于赋值语句 outer_var = outer_var + 1，我们可能会认为，等号右边会通过引用外层 outer_var 的值计算出整数 2，然后再在当前作用域中创建同名的绑定关系，程序应该能正常运行才对。但实际情况是，函数在被定义时，若函数体内存在关于某变量的绑定语句，那么这个变量就一定会被解析到函数自己的作用域中，不会再向外查询——哪怕函数还没被调用、该语句还没被执行。所以当 inner_func 看到自己的语句块中出现了自增语句时，就认定 outer_var 肯定是自己的局部变量（local），但真当运行到 outer_var + 1 的表达式时，却发现局部作用域中查不到它，所以自然产生了 UnboundLocalError 异常：该局部变量还没有绑定关系就被引用了，命名空间里查不到它啊。

如果真想修改外部作用域里的绑定关系，就需要用 nonlocal 和 global 语句显式声明某变量所处的作用域，同时获得修改其绑定关系的权限。nonlocal 会把变量名解析到离当前局部作用域最近的非全局的外层作用域中，例如上面的 inner_func 可以修改为

运行结果为

可以看到通过 nonlocal 声明 inner_func 里的 outer_var 就是外层那个 outer_var，便可以在 inner_var 里修改 outer_var 的绑定关系。global 同理，不过顾名思义会把变量名解析到全局作用域，例如

运行结果为

如果去掉 global 的语句的话，同样会抛出 UnboundLocalError 异常。

需要注意，这一节针对的都是不可变（immutable）对象，若外层作用域的变量是可变（mutable）对象，例如列表、字典等，那么即便不用 nonlocal 和 global 语句，我们也能用赋值语句直接修改其元素，利用自增语句进行原地的连接操作。

每个模块都有其专属的命名空间和全局作用域，模块内变量的引用同样服从 LEGB 规则。事实上，主程序也不过是特殊的 __main__ 模块的一部分而已。通过 import 语句可以把主程序里的变量名绑定给其它模块里的对象，以实现跨模块的引用。例如

第一句会将 math 模块作为一个对象绑定到主程序里的 math 变量名上，接着以 math.func 的形式调用模块里的函数即可。而第二句等价于

相当于把 math.sqrt 函数直接绑定到主程序里的 sqrt 变量名上。因此可以想到，直接修改 sqrt 的绑定关系并不会影响到 math.sqrt。下面还是再以图片为例

内置作用域上有两个全局作用域（图中绿色部分），左边是主程序的，而右边是自定义的 mod 模块的。本来这两个作用域互相独立，但通过 from mod import exp 语句将右边的 exp 函数导入到了左边，所以现在左边也能调用 exp。注意，虽然现在 exp 属于主程序的全局作用域，但 exp 指向的函数对象直接定义在 mod.py 文件中，其内部的变量依然工作在 mod 模块的全局作用域里（例如函数中用到了定义在 mod 里的全局变量 e，不会说导入到主程序中就找不到 e 了）。

类的说明要稍微麻烦些，所以这里直接通过例子来展示

运行结果为

首先，类只有当其定义里的语句被全部执行后才能生效（显然函数不是这样）。当程序刚进入类定义时会创建类专属的命名空间，之后定义里的绑定关系将会被记录到这个命名空间中。如图中蓝色部分所示，绑定了一个类变量 sound 和两个类函数 __init__ 和 call，同时这两个函数因为第一个参数是 self，所以之后还能作为实例的方法被调用。定义执行完毕后会创建一个类对象，并将其绑定到与类名同名的名称上去（此处是 Cat）。

直接调用类对象可以创建一个空的实例对象 c，它也有自己独立的命名空间。我们可以通过 c.attr 的形式引用类相关的变量。若引用的是实例变量，那么会直接查询实例自己的命名空间；若引用的是类变量，那么会跳到实例所属的类的命名空间中去查找；若引用的是方法，则会跳到实例所属的类的命名空间中查找同名的函数，并将实例对象自身作为 self 参数传入。

再回过头来看具体的程序，Cat 类在被直接调用时会自动调用 __init__ 方法（如果存在的话），同时将 c 和接收的其它参数一并传给 __init__。__init__ 的作用是给实例一个初始状态，可以看到函数定义里以 self.name = name 等赋值语句向 c 的命名空间中写入了实例变量的绑定关系。之后主程序中调用 c.call()，等价于 Cat.call(c)，call 的函数定义中 self.sound 又等价于 Cat.sound。

类与函数的一个重要差别是，函数里嵌套定义的函数可以按 L -> E 的顺序引用外层函数的变量，但类里定义的函数并不能引用类变量，例如本例中 call 函数里直接引用 sound 会抛出 NameError 异常。虽然类也有命名空间和作用域，但内层函数在向外层查询时会跳过类的作用域，用图上的内容来说，就是蓝色层对于黄色层是“透明”的。不过，因为绿色层里有类对象的绑定关系，所以可以用 Cat.attr 的形式迂回引用类属性。

总结一下：类的作用域不同于一般函数的作用域，类里的函数不能直接访问类属性，但可以委托实例对象（self）去访问类变量和类方法，或直接用类名访问所有类属性。如果存在继承，那么上面提到的委托操作会递归地向父类进行查询，这里篇幅有限就不再详谈了。

PS：如果你尝试以下代码

运行结果为

Emmm……对于函数会报 UnboundLocalError 错误，但对类就成功运行了。所以也有人说其实类只有命名空间而没有作用域，感兴趣的读者可以参考最后一个参考链接。

The Python Tutorial: 9. Classes

Python3 命名空间和作用域

Python是一种纯粹的语言

Python的类定义有没有建立新的作用域？