变量作用域

变量作用域是在程序运行时变量可以被访问的范围，定义在函数内部的为局部变量，只能在函数内部可以访问

def fun():
    num = 10 #局部变量
    print('num = %d' % num)
fun()
[输出结果] 
num = 10

定义在模块外的为全局变量，它在全局范围内均为可见，同时在函数内部也可以访问全局变量

num = 10 #全局变量
def fun():
    print('num = %d' % num)
fun()
[输出结果]  
num = 10

下述代码执行会报错

num = 10
def fun():
    print('num = %d' % num)
    num = 5
fun()

报错为UnboundLocalError: local variable 'num' referenced before assignment，虽然num定义在函数外为全局变量，但是在函数内对num直接进行了赋值，Python对函数进行编译时会判断num为局部变量，故代码执行到print('num = %d' % num)会从本地环境获取num的值，无法取到，则报错
如果要声明num为全局变量，需要加global

num = 10
def fun():
    global num
    print('num = %d' % num)
    num = 5
fun()
print('after fun, num = %d' % num)
[输出结果]
num = 10
after fun, num = 5

函数嵌套

函数不仅可以定义在模块的最外层，还可以定义在另外一个函数的内部，像这种定义在函数里面的函数称之为嵌套函数

def fun():
    msg = "print message"
    def printer():
        print(msg)
    return printer()

fun()
[输出结果]
print message

对于嵌套函数，它可以访问到其外层作用域中声明的非局部变量，比如代码示例中的变量 msg 可以被嵌套函数 printer 正常访问。

那么有没有一种可能即使脱离了函数本身的作用范围，局部变量还可以被访问得到呢？答案是闭包

何为闭包

闭包指延伸了作用域的函数，其中包含函数定义体中引用、但是不在定义体中定义的非全局变量，即可以访问定义体外定义的非全局变量

def fun():
    msg = "print message"
    def printer():
        print(msg)
    return printer

testFun = fun()
testFun()
[输出结果]
print message

上述例子中函数fun直接返回了函数printer，而msg定义在printer函数体外，一般情况下在执行完fun()函数之后，msg应该不在可用，但是执行testFun时，msg依然可用，这就是闭包的作用，将msg保存在内存中，一直可用。
通俗理解，闭包，就是一个封闭的包裹，里面包裹着自由变量，就像在类里面定义的属性值一样，自由变量的可见范围随同包裹，哪里可以访问到这个包裹，哪里就可以访问到这个自由变量。

为什么用闭包

闭包可以避免使用全局变量，并且可以将函数与某些变量联系起来，可以看个例子

def fun(x):
    def add(y):
        print('x = {0}, y = {1}, x + y = {2}'.format(x, y, x+y))
    return add

testFun = fun(5)
testFun(10)
testFun(11)

testFun = fun(10)
testFun(10)
testFun(11)
[输出结果]
x = 5, y = 10, x + y = 15
x = 5, y = 11, x + y = 16
x = 10, y = 10, x + y = 20
x = 10, y = 11, x + y = 21

Python在__code__属性（表示编译后的函数定义体）中保存中局部变量和自由变量的名称，同时testFun函数中有__closure__属性，其各个元素对应了__code__.co_freevars中的一个名称，__closure__是一个元组，cell_contents属性保存了具体的变量的值

def fun(x):
    def add(y):
        print('x = {0}, y = {1}, x + y = {2}'.format(x, y, x+y))
    return add

testFun = fun(5)
testFun(10)

print(testFun.__code__.co_varnames)
print(testFun.__code__.co_freevars)
print(testFun.__closure__)
print(testFun.__closure__[0].cell_contents)
[输出结果]
x = 5, y = 10, x + y = 15
('y',)
('x',)
(<cell at 0x105e1f6a8: int object at 0x105b39620>,)
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