技术背景

在Python编程中，变量具有不同的作用域，分为局部作用域和全局作用域。全局变量定义在模块的顶层，可以在整个模块内访问。但在函数内部使用全局变量时，由于Python默认的命名空间规则，需要一些特定的操作来确保正确使用全局变量，否则可能会引发意外的结果。

实现步骤

1. 在函数内使用全局变量

在函数内访问全局变量，若只是读取其值，通常不需要额外声明；若要修改全局变量的值，则需要使用global关键字声明。

globvar = 0

def set_globvar_to_one():
    global globvar    # Needed to modify global copy of globvar
    globvar = 1

def print_globvar():
    print(globvar)     # No need for global declaration to read value of globvar

set_globvar_to_one()
print_globvar()       # Prints 1

2. 在多个函数中使用全局变量

可以先在一个函数中创建全局变量，然后在其他函数中使用。

def create_global_variable():
    global global_variable
    global_variable = 'Foo'

create_global_variable()

def use_global_variable():
    return global_variable + '!!!'

print(use_global_variable())  # 输出 'Foo!!!'

3. 修改全局变量

若要在函数内修改全局变量指向的对象，同样需要使用global关键字。

def change_global_variable():
    global global_variable
    global_variable = 'Bar'

change_global_variable()
print(use_global_variable())  # 输出 'Bar!!!'

4. 全局变量与局部变量同名

当局部变量与全局变量同名时，局部变量会覆盖全局变量。

def use_local_with_same_name_as_global():
    global_variable = 'Baz' 
    return global_variable + '!!!'

print(use_local_with_same_name_as_global())  # 输出 'Baz!!!'
print(use_global_variable())  # 输出 'Bar!!!'，全局变量未被修改

5. 在类的方法中使用全局变量

在类的方法中使用全局变量的方式与普通函数相同。

class Foo:
    def foo(self):
        global global_variable
        global_variable = 'Foo'

class Bar:
    def bar(self):
        return global_variable + '!!!'

Foo().foo()
print(Bar().bar())  # 输出 'Foo!!!'

核心代码

以下是一个综合示例，展示了全局变量在多个函数中的使用：

global_var = 10

def func_1():
    global global_var
    global_var += 1

def func_2():
    global global_var
    global_var *= 2
    print(f"func_2: {global_var}")

func_1()
func_2()
print("Global scope:", global_var)  # 输出 22

最佳实践

• 使用配置模块：在多个模块中共享全局变量时，可创建一个特殊的配置模块（如config.py），在其他模块中导入该配置模块。

# config.py
x = 0

# mod.py
import config
config.x = 1

# main.py
import config
import mod
print(config.x)  # 输出 1

• 避免全局变量滥用：全局变量会增加代码的耦合度，降低代码的可维护性。在小型脚本中使用全局变量可能较为方便，但在大型项目中，应尽量使用类属性或函数参数传递数据。

常见问题

1. 未声明global关键字导致的问题

若在函数内为变量赋值但未声明global，Python会将其视为局部变量，从而覆盖同名的全局变量。

_my_global = 5

def func1():
    _my_global = 42  # 创建了局部变量，未修改全局变量

def func2():
    print(_my_global)

func1()
func2()  # 输出 5

解决方法是在func1中使用global关键字声明：

def func1():
    global _my_global 
    _my_global = 42

2. 多进程中全局变量的问题

在多进程编程中，不同操作系统的全局变量行为可能不同。在Windows和macOS上，默认使用spawn机制启动新进程；在Linux上，默认使用fork()机制。

import multiprocessing

counter = 0

def do(task_id):
    global counter
    counter += 1
    print(f'task {task_id}: counter = {counter}')

if __name__ == '__main__':
    pool = multiprocessing.Pool(processes=4)
    task_ids = list(range(4))
    pool.map(do, task_ids)

在Windows和macOS上，每个进程会独立修改全局变量；在Linux上，每个进程会复制一份全局变量，导致每个进程的修改互不影响。解决方法是使用进程间通信（IPC）机制，如队列、管道等。