在Python中，global关键字是一个声明，用于在函数内部指定某个变量是全局作用域中的变量，而不是局部作用域中的。全局变量是在函数之外定义的变量，它们可以在程序的任何地方被访问和修改（除非被局部变量遮蔽）。然而，在函数内部直接修改全局变量通常是不被允许的，因为函数内部创建的变量默认是局部变量，它们只在函数执行期间存在，并且与全局变量隔离。为了能够在函数内部修改全局变量，就需要使用global关键字来显式地声明这些变量是全局的。
global关键字的工作原理
1. 声明全局变量
首先，需要明确的是，global关键字本身并不创建全局变量。全局变量是在函数外部定义的，而global关键字只是在函数内部告诉Python解释器："嘿，我要引用的这个变量是全局作用域中的那个，而不是在这里新创建一个局部变量。"
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| | x = 10 # 全局变量 |
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| | def func(): |
| | global x # 声明x是全局变量 |
| | x = 20 # 修改全局变量x的值 |
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| | func() |
| | print(x) # 输出: 20 |
在这个例子中，x是在函数外部定义的全局变量。在func函数内部，通过global x声明，我们告诉Python解释器x是指向全局作用域中的x，而不是在函数内部创建一个新的局部变量x。因此，当我们在函数内部给x赋值时，实际上是修改了全局变量x的值。
2. 读取全局变量
如果不使用global关键字，但在函数内部尝试读取全局变量的值，这是完全可以的，因为Python解释器会首先在当前作用域（局部作用域）中查找变量，如果找不到，则会向外层作用域（全局作用域）查找，直到找到为止。但是，如果尝试在函数内部修改一个全局变量的值而不使用global关键字，Python解释器会抛出一个UnboundLocalError异常，因为它会尝试在局部作用域中创建一个新的同名变量，但由于没有为该变量赋值就直接使用了它，所以会导致错误。
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| | x = 10 # 全局变量 |
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| | def func(): |
| | print(x) # 读取全局变量x的值，这是允许的 |
| | x = 20 # 尝试修改全局变量x的值，但没有使用global关键字，会导致错误 |
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| | func() # 这里会抛出UnboundLocalError异常 |
3. 嵌套作用域和global
值得注意的是，global关键字的作用仅限于全局作用域。如果在一个嵌套的函数或类的方法中需要修改全局变量，同样需要使用global关键字。但是，如果只需要在嵌套作用域中读取全局变量的值，则不需要使用global。
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| | x = 10 # 全局变量 |
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| | def outer(): |
| | def inner(): |
| | global x # 在嵌套函数中声明全局变量 |
| | x = 20 # 修改全局变量x的值 |
| | inner() |
| | |
| | outer() |
| | print(x) # 输出: 20 |
4. global和局部变量遮蔽
如前所述，如果在函数内部不使用global关键字就尝试修改一个全局变量的值，Python解释器会尝试在局部作用域中创建一个新的同名变量。这会导致全局变量被局部变量"遮蔽"，即在函数内部无法再访问到原来的全局变量。
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| | x = 10 # 全局变量 |
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| | def func(): |
| | x = 20 # 尝试修改全局变量x的值，但实际上创建了一个新的局部变量x |
| | print(x) # 输出: 20，打印的是局部变量的值 |
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| | func() |
| | print(x) # 输出: 10，全局变量x的值未被修改 |
5. 使用global的注意事项
- 谨慎使用：全局变量在大型程序中可能会导致代码难以理解和维护，因为它们可以在程序的任何地方被修改。因此，建议仅在必要时使用全局变量，并尽量通过函数参数和返回值来传递数据。
- 命名冲突 ：在使用
global关键字时，需要确保全局变量的名称不会与函数内部的局部变量名冲突。如果发生冲突，并且没有使用global关键字，那么全局变量将被局部变量遮蔽。 - 可读性和可维护性：为了提高代码的可读性和可维护性，建议在函数内部使用局部变量，并通过函数参数和返回值来与全局变量交互。这样可以减少全局变量的使用，并使函数的职责更加清晰。
深入理解global关键字
虽然global关键字在Python中用于声明全局变量，但其背后的原理涉及到Python的作用域规则。Python中的每个函数都有一个自己的命名空间，用于存储局部变量。当Python解释器执行一个函数时，它会创建一个新的局部命名空间，并将函数参数和局部变量放入其中。如果函数内部需要访问全局变量，Python解释器会首先在当前的局部命名空间中查找变量，如果找不到，则会继续向外层作用域（全局作用域）查找。
global关键字的作用就是告诉Python解释器："在这个函数内部，当我提到这个变量时，请不要在局部命名空间中查找它，而是直接在全局命名空间中查找它。"这样，即使函数内部有一个与全局变量同名的局部变量（尽管这种情况应该尽量避免），global关键字也能确保我们操作的是全局变量。
然而，由于全局变量可能导致的命名冲突和代码维护问题，许多Python程序员倾向于避免使用全局变量，而是通过函数参数和返回值来传递数据。这种做法更符合函数式编程的原则，即函数应该尽可能独立地执行其任务，并避免与外部状态（如全局变量）发生交互。
总之，global关键字在Python中是一个有用的工具，但应该谨慎使用。在编写Python代码时，我们应该尽量遵循最佳实践，如使用局部变量、避免不必要的全局变量、通过函数参数和返回值来传递数据等，以提高代码的可读性、可维护性和可测试性。