前言

在学习Python编程时，变量的定义与使用是一个基础而重要的概念。本文将详细介绍变量的定义、命名规范、类型、类型转换及作用域等内容。

1. 变量的定义与赋值

遵循先定义后调用的原则

name = "xxx"
sex = "man"
age = "26"
print(name)

2. 变量的命名规范 规则

变量名必须以字母或下划线开头，可以包含字母、数字和下划线，但不能使用Python的保留关键字。

保留关键字表：

# False, None, True, and, as, assert, async, await, break, class, continue, def,
# del, elif, else, except, finally, for, from, global, if, import, 
# in, is, lambda, nonlocal,
# not, or, pass, raise, return, try, while, with, yield

3. 变量的常见数据类型

整数（int）、浮点数（float）、字符串（str）、列表（list）、元组（tuple）、字典（dict）、集合（set）等

4. 类型转换

例如 int("123") 将字符串转换为整数，str(123) 将整数转换为字符串。

5. 作用域

局部作用域

局部作用域是指在函数内部定义的变量。它们只能在函数内部访问，不会影响函数外部的变量。

def my_function():
    local_var = 10
    print(local_var, '局部作用域')  # 只能在函数内部访问


my_function()


# print(local_var) 直接访问不到

嵌套作用域

嵌套作用域是指在嵌套函数（函数内部再定义函数）中，内层函数可以访问外层函数的变量。这种作用域也称为非局部作用域（nonlocal scope）。

def outer_function():
    outer_var = "I am outside!"


    def inner_function():
        print(outer_var)  # 可以访问外层函数的变量

    inner_function()


outer_function()


# 如果要在内层函数中修改外层函数的变量，需要使用 nonlocal 关键字：
def outer_function():
    outer_var = "I am outside!"

    def inner_function():
        nonlocal outer_var
        outer_var = "I have been changed!"
        print(outer_var)

    inner_function()
    print(outer_var)  # outer_var 的值被修改了


outer_function()

全局作用域

全局作用域是指在模块级别定义的变量，可以在整个模块中访问。如果要在函数内部修改全局变量，需要使用 global 关键字。 global_var = "I am global!"

def my_function():
    global global_var
    global_var = "I have been changed!"
    print(global_var)



my_function()
print(global_var)  # global_var 的值被修改了

内置作用域

内置作用域包含了Python内置的函数和变量，这些函数和变量在任何地方都可以访问。例如，print(), len(), int() 等都是内置作用域的变量。

print(len("Hello, World!"))  # 内置函数 len

6. 变量的引用与内存管理

变量的引用与内存管理是通过引用计数和垃圾回收机制来实现的。

变量引用机制

• 变量引用：在Python中，变量本质上是对象的引用。当你创建一个变量并赋值时，实际上是在将该变量名绑定到某个对象。

  x = 10  # 变量 x 引用整数对象 10
  y = x   # 变量 y 也引用整数对象 10
  

引用计数

• 引用计数：Python使用引用计数来跟踪对象的引用数量。每当一个对象被引用一次，其引用计数就加1；当引用被删除或被重新分配时，引用计数减1。

  a = [1, 2, 3]  # 创建列表对象 [1, 2, 3]，引用计数为 1
  b = a          # 引用计数增加到 2
  del a          # 引用计数减少到 1
  

• 自动内存释放：当对象的引用计数变为0时，Python会自动释放该对象占用的内存。

垃圾回收机制

• 垃圾回收：为了处理循环引用（两个或多个对象互相引用，导致引用计数不会归零），Python引入了垃圾回收机制。Python的垃圾回收器会定期检查并清理不再使用的循环引用对象。

  import gc
  gc.collect()  # 手动触发垃圾回收
  

内存管理优化

• 小对象池：Python对小整数和短字符串实现了小对象池机制，以提高性能和减少内存碎片。例如，常用的小整数（通常是 -5 到 256）会被缓存。

  x = 5
  y = 5
  # x 和 y 实际上引用同一个对象
  

• 内存分配器：Python使用自定义的内存分配器来管理内存分配和释放，以优化性能。

注意

• 避免循环引用：虽然Python有垃圾回收机制，但避免不必要的循环引用可以减少内存使用和垃圾回收的开销。

• 手动管理：在某些情况下，可以使用 gc 模块手动管理和调试内存。

  import gc
  gc.disable()  # 禁用自动垃圾回收
  gc.collect()  # 手动触发垃圾回收
  gc.enable()   # 重新启用自动垃圾回收
  

Tips：什么是gc？

在Python中，gc 是指垃圾回收（Garbage Collection）机制，用于自动管理内存，回收不再使用的对象所占用的内存空间。这个机制帮助开发者减少内存泄漏和优化内存使用。Python的垃圾回收主要依赖于引用计数和垃圾回收模块 gc 来管理内存。

py代码运行示例（带注释）

import gc

# 1. 变量的定义与赋值
# 先定义 后调用
name = "xxx"
sex = "man"
age = "26"
print(name)


# 2. 变量的命名规范 规则
# 变量名必须以字母或下划线开头，可以包含字母、数字和下划线，但不能使用Python的保留关键字。
# 关键字表
# False, None, True, and, as, assert, async, await, break, class, continue, def,
# del, elif, else, except, finally, for, from, global, if, import, in, is, lambda, nonlocal,
# not, or, pass, raise, return, try, while, with, yield

# 3. 变量的类型
# 整数（int）、浮点数（float）、字符串（str）、列表（list）、元组（tuple）、字典（dict）、集合（set）等

# 4. 类型转换
# 例如 int("123") 将字符串转换为整数，str(123) 将整数转换为字符串。

# 5. 作用域
# 局部作用域
# 局部作用域是指在函数内部定义的变量。它们只能在函数内部访问，不会影响函数外部的变量。
def my_function():
    local_var = 10
    print(local_var, '局部作用域')  # 只能在函数内部访问


my_function()


# print(local_var) 直接访问不到

# 嵌套作用域
# 嵌套作用域是指在嵌套函数（函数内部再定义函数）中，内层函数可以访问外层函数的变量。这种作用域也称为非局部作用域（nonlocal scope）。
def outer_function():
    outer_var = "I am outside!"

    def inner_function():
        print(outer_var)  # 可以访问外层函数的变量

    inner_function()


outer_function()


# 如果要在内层函数中修改外层函数的变量，需要使用 nonlocal 关键字：
def outer_function():
    outer_var = "I am outside!"

    def inner_function():
        nonlocal outer_var
        outer_var = "I have been changed!"
        print(outer_var)

    inner_function()
    print(outer_var)  # outer_var 的值被修改了


outer_function()

# 全局作用域
# 全局作用域是指在模块级别定义的变量，可以在整个模块中访问。如果要在函数内部修改全局变量，需要使用 global 关键字。
global_var = "I am global!"


def my_function():
    global global_var
    global_var = "I have been changed!"
    print(global_var)


my_function()
print(global_var)  # global_var 的值被修改了
# 内置作用域
# 内置作用域包含了Python内置的函数和变量，这些函数和变量在任何地方都可以访问。例如，print(), len(), int() 等都是内置作用域的变量。

print(len("Hello, World!"))  # 内置函数 len
# 6. 变量的引用与内存管理


# gc.collect()  # 手动触发垃圾回收

运行结果