Python变量及赋值

一、Python变量及赋值

变量是什么？变量是指在程序运行过程中，值会发生变化的量。变量就是存储在内存中的值，这就意味着在创建变量时会在内存中开辟一个空间。基于变量的数据类型，Python 解释器会分配指定内存，并决定什么数据可以被存储在内存中。因此，变量可以指定不同的数据类型，这些变量可以存储整数，小数或字符。

除了经常听到变量外，可能还会经常听到常量这个词，常量是指在程序运行过程中，值不会发生变化的量。无论是变量还是常量，在创建时都会在内存中开辟一块空间，用于保存它的值。

• 变量定义

Python 中的变量不需要声明，变量的赋值操作既是变量声明和定义的过程，当我们定义一个变量时，Python 解释器会根据语法和操作数决定对象的类型。如果了解 C 语言的同学应该知道，C 语言中变量的定义需要提前此变量的类型后才可被赋值。每个变量在内存中创建，都包括变量的标识，名称和数据这些信息。每个变量在使用前都必须赋值，变量赋值以后该变量才会被创建，且才可以被使用。

变量在程序中就是用一个变量名表示了，变量名必须是大小写英文、数字和_的组合，且不能用数字开头。另外不能使用Python关键字作为变量名。

普通变量赋值

定义一个变量，变量名为 “var”，赋值了一个整数，我们使用 type 方法查看此变量的类型，可以看出是一个整数类型。

此时变量 var 是一个浮点型。

此时变量 var 是一个字符串。

此时变量 var 是一个布尔值。

在 Python 中，等号 “=” 是赋值语句，可以把任意数据类型赋值给变量，同一个变量可以反复赋值，而且可以是不同类型的变量，如上操作就是把一个变量进行了多次赋值，以最后一次赋值为最终结果。

这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言，与之对应的是静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型，如果赋值的时候类型不匹配就会报错；比如 C 语言和 Go 都是静态语言，赋值语句如下：

和静态语言相比，动态语言更灵活，就是这个原因。另外请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码：

如果从数学上理解 x = x + 2 那无论如何是不成立的，在程序中，赋值语句先计算右侧的表达式 x + 2，得到结果 12，再赋给变量 x。由于 x 之前的值是 10，重新赋值后，x 的值变成 12。

• 变量赋值过程

Python 中的变量赋值，不是真正意义上的修改内存的值，而是将变量名和在内存中的值做了一个绑定，称之为“引用”。

当我们创建一个变量时：

这时，Python 解释器干了两件事情：

1. 在内存中创建了一个对象 1
2. 在内存中创建了一个名为 a 的变量并指向对象 1

也可以把一个变量 a 赋值给另一个变量 b，这个操作实际上是把变量 b 指向变量 a 所指向的数据，例如下面的代码：

这里要注意，Python 里的对象可以被多个变量所指向或引用。

再看下面这个示例：

这里首先将 1 赋值于 a，即 a 指向了 1 这个对象。接着 b = a 则表示，让变量 b 也同时指向 1 这个对象。

最后执行 a = a + 1。需要注意的是，Python 的数据类型，例如整型（int）、字符串（string）等等，是不可变的。所以，a = a + 1，并不是让 a 的值增加 1，而是表示重新创建了一个新的值为 2 的对象，并让 a 指向它。但是 b 仍然不变，仍然指向 1 这个对象。

因此，最后的结果是，a 的值变成了 2，而 b 的值不变仍然是 1。

通过这个例子你可以看到，这里的 a 和 b，开始只是两个指向同一个对象的变量而已，或者你也可以把它们想象成同一个对象的两个名字。简单的赋值 b = a，并不表示重新创建了新对象，只是让同一个对象被多个变量指向或引用。

同时，指向同一个对象，也并不意味着两个变量就被绑定到了一起。如果你给其中一个变量重新赋值，并不会影响其他变量的值。

明白了这个基本的变量赋值例子，我们再来看一个列表的例子：

同样的，我们首先让列表 l1 和 l2 同时指向了 [1, 2, 3] 这个对象。

由于列表是可变的，所以 l1.append(4) 不会创建新的列表，只是在原列表的末尾插入了元素 4，变成 [1, 2, 3, 4]。由于 l1 和 l2 同时指向这个列表，所以列表的变化会同时反映在 l1 和 l2 这两个变量上，那么，l1 和 l2 的值就同时变为了 [1, 2, 3, 4]。

另外，需要注意的是，Python 里的变量可以被删除，但是对象无法被删除。比如下面的代码：

del l 删除了 l 这个变量，从此以后你无法访问 l，但是对象 [1, 2, 3] 仍然存在。Python 程序运行时，其自带的垃圾回收系统会跟踪每个对象的引用。如果 [1, 2, 3] 除了 l 外，还在其他地方被引用，那就不会被回收，反之则会被回收。

由此可见，在 Python 中：

• 变量的赋值，只是表示让变量指向了某个对象，并不表示拷贝对象给变量；而一个对象，可以被多个变量所指向。
• 可变对象（列表，字典，集合等等）的改变，会影响所有指向该对象的变量。
• 对于不可变对象（字符串，整型，元祖等等），所有指向该对象的变量的值总是一样的，也不会改变。但是通过某些操作（+= 等等）更新不可变对象的值时，会返回一个新的对象。
• 变量可以被删除，但是对象无法被删除。

对象引用的优缺点：

• 优点，节省内存空间，多个变量可以引用同一个对象。
• 缺点，如果修改变量的变量值在内存中不存在，需要重新申请内存，绑定变量名和地址，降低了执行效率。

我们看一下下面代码的赋值过程：

当你创建一个变量 x，值等于 2 时；Python 解释器会先找内存中有没有2的值，如果有直接做绑定，然后2这个值得引用计数加1即可。如果没有那么 Python 解释器就需要开辟一段内存空间，创建一个2的值，我们使用 id(x) 可以看出变量 x 当前引用的内存地址。同样变量 y 也是这样的操作。

此时，我们如果修改变量 x = 3，那么 Python 解释器就会把变量 x 的与内存地址 “32771128” 做绑定，然后把对象 3 的引用加 1，如下操作：

那么此时，内存中的整数值 “2” 就没有被引用了，当 Python 解释器检查到 “2” 的引用为 0 时就会启动内存回收机制把此内存空间给释放掉了。

不过，需要注意，对于整型数字来说，以上结论只适用于 -5 到 256 范围内的数字。比如下面这个例子：

这里我们把 257 同时赋值给了 a 和 b，可以看到 a == b 仍然返回 True，因为 a 和 b 指向的值相等。但奇怪的是，a is b 返回了 false，并且我们发现，a 和 b 的 ID 不一样了，这是为什么呢？

事实上，出于对性能优化的考虑，Python 内部会对 -5 到 256 的整型维持一个数组，起到一个缓存的作用。这样，每次你试图创建一个 -5 到 256 范围内的整型数字时，Python 都会从这个数组中返回相对应的引用，而不是重新开辟一块新的内存空间。

但是，如果整型数字超过了这个范围，比如上述例子中的 257，Python 则会为两个 257 开辟两块内存区域，因此 a 和 b 的 ID 不一样。

二、Python解释器内部机制

• Python引用计数机制

要保持追踪内存中的对象，Python 使用了引用计数这一简单计数。也就是说 Python 内部记录着所有使用中的对象各有多少引用。一个内部跟踪变量也称为引用计数器。每个对象各有多少个引用简称引用计数；当对象被创建时，就创建了一个引用计数，当这个对象不再需要时，也就是说这个对象的引用计数变为 0 时它会被当垃圾回收。

• Python垃圾回收机制

在 Python 中不再使用的内存会被一种称为垃圾收集的机制释放。像上面说的，虽然解释器跟踪对象的引用计数，但垃圾收集器负责释放内存。垃圾收集器是一块独立代码，它用来寻找引用计数为 0 的对象。它也负责检查哪些虽然应用计数大于 0 但也应该被销毁的对象。特定情形会导致循环引用。

三、变量赋值的方法

1. 普通变量赋值

2. 增量赋值

3. 多重赋值

4. 多元赋值

5. 分解赋值

元祖和列表分解赋值时当赋值符号(*)的左侧为元祖或列表时、Python 会按照位置把右边的对象和左边的目标自左而右逐一进行配对；个数不同时会触发异常，此时可以切片的方式进行.

四、变量的作用域

作用域简单说就是一个变量的命名空间。代码中变量被赋值的位置，就决定了哪些范围的对象可以访问这个变量，这个范围就是命名空间。Python 赋值时生成了变量名，当然作用域也包括在内。

Python 变量作用域遵循 LEGB 原则：

• L （Local） 局部作用域
• E （Enclosing） 闭包函数外的函数中
• G （Global） 全局作用域
• B （Built-in） 内建作用域

以 L –> E –> G –>B 的规则查找，即：在局部找不到，便会去局部外的局部找（例如闭包），再找不到就会去全局找，再者去内建中找。

在def/class/lambda内定义的变量名，只能被函数内部引用，不能在函数外引用这个变量名，这个变量的作用域就是局部的，也叫它为局部变量。在def/class/lambda外，一段代码最始开所赋值的变量，它可以被多个函数引用，这就是全局变量。局部作用域会覆盖全局作用域，但不会影响全局作用域。

如果函数内的变量名与函数外的变量名相同，也不会发生冲突。好比下面这种情况：

x = 100 这个赋值语句所创建的变量 X，作用域为全局变量。

x = 55 这个赋值语句所创建的变量 X，它的作用域则为局部变量，只能在函数 func() 内使用。

尽管这两个变量名是相同的，但它的作用域为它们做了区分。作用域在某种程度上也可以起到防止程序中变量名冲突的作用。

每次对函数的调用都会创建一个新的本地作用域，赋值的变量除非使用global申明为全局变量否则均为本地变量。

内置的由__builtin__模块提供。

<参考>

Python 变量作用域

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