深入理解命名空间与作用域

### 命名空间与作用域概述

在编程语言中，命名空间（Namespace）和作用域（Scope）是两个基本但至关重要的概念。它们帮助开发者管理变量、函数和其他标识符，避免命名冲突，确保代码的清晰性和可维护性。

#### 命名空间

命名空间是一个容器，用于存储标识符（如变量名、函数名等），每个标识符在命名空间中都是唯一的。Python 中主要有三种类型的命名空间：

- **内置命名空间**：包含所有内置函数和异常。例如 `print()`, `len()` 等。
- **全局命名空间**：通常对应于模块级别的命名空间，包含了模块内的所有全局变量和函数。
- **局部命名空间**：当函数或类被调用时创建，仅在该函数或类的作用域内有效。

#### 加载与取值顺序

在程序执行过程中，命名空间的加载和取值遵循一定的顺序：

- **加载顺序**：内置命名空间 -> 全局命名空间 -> 局部命名空间。
- **取值顺序**：在局部作用域查找 -> 在全局作用域查找 -> 在内置作用域查找。

### 作用域

作用域定义了变量或其他标识符的有效范围。根据范围的不同，作用域可以分为：

- **全局作用域**：在整个模块中都有效的变量，可以在任何地方访问。
- **局部作用域**：仅在特定函数或块中有效的变量。

### 全局与局部变量的操作

在 Python 中，可以通过 `global` 和 `nonlocal` 关键字来操作全局和非局部变量：

- **`global` 关键字**：用于在局部作用域中声明并修改全局变量。
```python
def func():
global a
a = 3
a = 1
func()
print(a) # 输出 3
```

- **`nonlocal` 关键字**：用于在嵌套函数中修改外部函数的局部变量。
```python
def outer():
x = 10
def inner():
nonlocal x
x += 5
inner()
print(x) # 输出 15
outer()
```

### 示例代码

#### 全局与局部命名空间的查看

```python
print(globals()) # 查看全局命名空间
print(locals()) # 查看局部命名空间
```

#### 修改全局变量

```python
def func():
global a
a = 3
a = 1
func()
print(a) # 输出 3
```

#### 修改非局部变量

```python
def outer():
x = 10
def inner():
nonlocal x
x += 5
inner()
print(x) # 输出 15
outer()
```

### 总结

命名空间和作用域是编程中非常重要的概念，正确理解和使用它们可以提高代码的质量和可读性。通过 `global` 和 `nonlocal` 关键字，我们可以灵活地控制变量的作用范围，从而更好地管理程序的状态。