Python 全局變量陷阱深度解析：global、nonlocal 與作用域鏈的真相

一個令人困惑的現象

def x():
    b = 12
    def y():
        global a, b
        a = 1
        b = 2
    y()
    print("b =", b)  # 輸出 12？

x()
print(a)  # 1
print(b)  # 2

為什麼 x() 內部打印 b=12，而全局 b 卻變成了 2？這揭示了 Python 作用域機制的核心規則。

核心規則：global 的真實含義

global 不創建變量，只聲明「後續對該名字的操作映射到模塊級命名空間」

• global a, b 告訴解釋器：函數內對 a、b 的賦值/讀取，直接操作模塊全局作用域
• 不檢查變量是否存在，不自動初始化
• 不影響外層函數（非全局）的同名變量

LEGB 法則與作用域鏈

Python 變量查找順序：Local（局部）→ Enclosing（嵌套/閉包）→ Global（全局/模塊）→ Built-in（內置）

• 賦值操作（=、+= 等）默認創建/修改 局部變量
• global 強制跳過 L、E，直接操作 G
• nonlocal（Python 3）強制操作 E 層

經典陷阱：UnboundLocalError

def x():
    a = 1
    def y():
        print(a)  # UnboundLocalError!
        a = 2
    y()

原因：編譯器掃描到 a = 2，判定 a 為局部變量。執行到 print(a) 時，局部 a 尚未賦值 → UnboundLocalError（而非 NameError）。

三種正確訪問外層變量的方法

1. 僅讀取：直接使用

def x():
    a = 12
    def y():
        print(a)  # 正常輸出 12
    y()

2. 可變對象：原地修改

def x():
    lst = ["in"]
    def y():
        lst[:] = ["out"]  # 切片賦值，修改對象內容而非重新綁定
        print(lst[0])
    y()
    print(lst[0])  # "out"

關鍵：lst[:] = ... 修改列表內容；lst = ... 會創建新局部變量。

3. 參數默認值傳遞（推薦）

def x():
    a, b = 1, 2
    def y(a=a, b=b):  # 默認值在定義時捕獲
        a, b = 3, 4
        return a, b
    a, b = y()
    print(a, b)  # 3 4

注意：默認值避免使用可變對象（列表、字典），否則會共享同一對象導致難以排查的 Bug。

Python 2 vs Python 3 差異

• print：Py2 是語句，Py3 是函數（影響輸出緩衝行為）
• nonlocal：Py3 新增，解決嵌套函數修改外層非全局變量
• 類定義：Py3 類體執行在單獨命名空間，不泄露循環變量

最佳實踐清單

1. 極少使用 global：模塊級常量用大寫命名（MAX_SIZE = 100）
2. 優先用參數傳遞/返回值：明確數據流向，利於測試與並發
3. 閉包用 nonlocal：Python 3 中修改外層函數變量
4. 類/對象封裝狀態：用 self.attr 替代全局/閉包變量
5. 類型註解：global x: int 增加可讀性（Py 3.8+）

理解 Python 作用域機制，是從「能跑通」進階到「寫出健壯、可維護代碼」的關鍵一步。下次遇到 UnboundLocalError，請檢查是否在賦值前引用了同名局部變量。