В мире программирования значительное внимание уделяется понятию локальных и глобальных переменных, а также связанным с ними областям видимости. Локальные переменные ограничены в использовании до своей локальной области, такой как конкретная функция. Глобальные же управления видны во всей программе. Понятие доступности означает, что они могут быть вызваны по имени и возвращены для работы со значениями, которые они содержат.
В локальной области программирования возможно обращение к глобальной переменной. Однако обратное не действует: локальная переменная в глобальной области невидима, поскольку она существует лишь в момент выполнения функции. После завершения выполнения функции локальные переменные исчезают, освобождая отведенную им память. Если функция будет вызвана снова, локальные переменные создадутся снова.
Рассмотрим упрощённую программу из предыдущего урока:
def rectangle():
a = float(input("Ширина: "))
b = float(input("Высота: "))
print("Площадь: %.2f" % (a*b))
def triangle():
a = float(input("Основание: "))
h = float(input("Высота: "))
print("Площадь: %.2f" % (0.5 * a * h))
figure = input("1-прямоугольник, 2-треугольник: ")
if figure == '1':
rectangle()
elif figure == '2':
triangle()
Сколько переменных тут представлено? Какие из них относятся к глобальным, а какие – к локальным?
Данное пример включает пять переменных. Глобальная переменная – только figure. Переменные a и b из функции rectangle(), как и a и h из triangle(), являются локальными. Причем даже, если переменные имеют одинаковый идентификатор a, их роль и значение отличаются в каждой функции.
Также стоит учесть, что идентификаторы rectangle и triangle рассматриваются как имена функций и имеют свои области видимости. Поскольку они объявлены в основной ветке, их область глобальная.
В данной программе заголовки функций, объявление и присваивание переменной figure, а также условная конструкция относятся к глобальной области.
Тела же функций, как правило, лежат в области локальной видимости. Если в глобальной области попытаться обратиться к локальной переменной, возникнет ошибка:
… elif figure == '2': triangle() print(a)
Пример выполнения:
1-прямоугольник, 2-треугольник: 2 Основание: 4 Высота: 5 Площадь: 10.00 Traceback (most recent call last): File "test.py", line 17, in <module> print(a) NameError: name 'a' is not defined
Однако доступ к глобальным переменным внутри функций возможен:
def rectangle():
a = float(input("Ширина %s: "% figure))
b = float(input("Высота %s: "% figure))
print("Площадь: %.2f" % (a*b))
def triangle():
a = float(input("Основание: "% figure))
h = float(input("Высота: "% figure))
print("Площадь: %.2f" % (0.5 * a * h))
figure = input("1-прямоугольник, 2-треугольник: ")
if figure == '1':
rectangle()
elif figure == '2':
triangle()
Пример выполнения:
1-прямоугольник, 2-треугольник: 1 Ширина 1: 6.35 Высота 1: 2.75 Площадь: 17.46
В данном случае функции имеют доступ к имени figure, так как оно находится в глобальной области видимости и доступно во всей программе.
Тем не менее, наши функции не идеальны. Они осуществляют вывод результата на дисплей, хотя должны были бы лишь выполнять расчеты. Вероятно, возникнет ситуация, когда результат нужно будет использовать внутри программы, применяя его для дальнейших расчетов, а его отображение будет необязательно.
Если функции не производят вывод на экран, а лишь вычисляют результат, его необходимо где-то сохранять для дальнейшего применения. Глобальные переменные для такой задачи подходят. Запишем программу следующим образом:
result = 0 def rectangle(): a = float(input("Ширина: ")) b = float(input("Высота: ")) result = a*b def triangle(): a = float(input("Основание: ")) h = float(input("Высота: ")) result = 0.5 * a * h figure = input("1-прямоугольник, 2-треугольник: ") if figure == '1': rectangle() elif figure == '2': triangle() print("Площадь: %.2f" % result)
Мы добавили в программу глобальную переменную result, инициализировав ее нулем. В функциях ей присваивается результат вычислений. По завершении программы ее значение выводится на экран. Мы предполагаем, что программа должна работать корректно. Однако...
1-прямоугольник, 2-треугольник: 2 Основание: 6 Высота: 4.5 Площадь: 0.00
...что-то пошло не так.
Причина в том, что в Python присваивание значения переменной совмещается с ее объявлением. Таким образом, когда переменная result впервые упоминается в локальной области и ей присваивается значение, система создает отдельную локальную переменную result, не связанную с глобальной.
Когда функция завершается, значение локальной переменной теряется, и глобальная переменная остается неизменной.
При вызове переменной figure внутри функции мы не присваивали ей новых значений, а лишь запрашивали её. Интерпретатор Python сначала ищет значение в локальной области. Не найдя его, он ищет значение в глобальной области и находит его там.
В случае с result происходит иначе. Интерпретатор выполняет вычисления справа от знака присваивания, создаёт локальную переменную result и связывает её с полученным значением.
Однако можно принудительно обращаться к глобальной переменной с помощью команды global:
Итак, мы ввели в программу глобальную переменную result и инициировали ее нулем. В функциях ей присваивается результат вычислений. В конце программы ее значение выводится на экран. Мы ожидаем, что программа будет прекрасно работать. Однако…
result = 0 def rectangle(): a = float(input("Ширина: ")) b = float(input("Высота: ")) global result result = a*b def triangle(): a = float(input("Основание: ")) h = float(input("Высота: ")) global result result = 0.5 * a * h figure = input("1-прямоугольник, 2-треугольник: ") if figure == '1': rectangle() elif figure == '2': triangle() print("Площадь: %.2f" % result)
Этот вариант обеспечивает правильную работу программы.
Тем не менее, изменять значения глобальных переменных прямо в функции – плохая практика. В больших проектах бывает трудно отследить, какая именно функция изменила глобальное значение и почему. Программисты могут не заметить изменений, так как исходное значение переменной, указанное в начале программы, остается визуально неизменным. Это может привести к логическим ошибкам.
Чтобы исключить использование глобальных переменных, функции могут возвращать свои результаты в основную программу. Таким образом, возвращённое значение функции может быть присвоено глобальной переменной в глобальной области видимости. Это делает программу более понятной и удобной для чтения.
В следующем уроке мы более подробно рассмотрим, как функции принимают и возвращают данные.
Практическая работа
В языке Python возможно определение функции внутри другой функции. Напишите программу с использованием следующего описания:
В основной ветке программы вызывается функция cylinder(), которая вычисляет площадь цилиндра. В теле cylinder() определена функция circle(), вычисляющая площадь круга по формуле πr2. В теле cylinder() у пользователя уточняется, желает ли он получить площадь боковой поверхности цилиндра, рассчитываемую как 2πrh, или полный объем цилиндра. В этом случае к площади боковой поверхности добавляется удвоенный результат расчета функции circle().
Как вы думаете, возможно ли вызвать функцию, вложенную в другую функцию, из основной программы? Почему?