7. نام‌ها و فضاهای نام

7.1. مقدمه

این درس کاملا درباره نام‌ متغیرها است،اینکه چگونه استفاده می‌شوند و مفسر پایتون چگونه آن ها را درک می‌کند.

ممکن است این موضوع کمی خسته‌کننده به نظر برسد، اما مدلی که پایتون برای مدیریت نام‌ها اتخاذ کرده است، ظریف و جالب است.

علاوه بر این، اگر درک خوبی از نحوه کار نام‌ها در پایتون داشته باشید، ساعت‌های زیادی را برای اشکال‌زدایی صرف نخواهید کرد.

7.2. نام‌های متغیر در پایتون

دستور پایتون زیر را در نظر بگیرید:

x = 42

اکنون می‌دانیم که وقتی این دستور اجرا می‌شود، پایتون یک شیء از نوع int در حافظه کامپیوتر شما ایجاد می‌کند که شامل موارد زیر است:

• مقدار 42

• برخی صفات مرتبط

اما خود x چیست؟

در پایتون، x یک نام نامیده می‌شود، و دستور x = 42 نام x را به شیء عدد صحیح که تازه در موردش صحبت کردیم متصل می‌کند.

در پشت صحنه، این فرآیند اتصال نام‌ها به اشیاء به عنوان یک دیکشنری پیاده‌سازی می‌شود، که درباره این موضوع در ادامه بیشتر خواهیم گفت.

هیچ مشکلی برای اتصال دو یا چند نام به یک شیء وجود ندارد، صرف‌نظر از اینکه آن شیء چه باشد:

def f(string):      # Create a function called f
    print(string)   # that prints any string it's passed

g = f
id(g) == id(f)

True

g('test')

test

در مرحله اول، یک شیء تابع(function object) ایجاد می‌شود و نام f به آن متصل(bind) می‌شود.

پس از اتصال نام g به همان شیء، می‌توانیم از آن در هر جایی که از f استفاده می‌کنیم، استفاده کنیم.

وقتی تعداد نام‌های متصل به یک شیء به صفر می‌رسد، چه اتفاقی می‌افتد؟

در اینجا مثالی از این وضعیت آورده شده است، که در آن نام x ابتدا به یک شیء متصل می‌شود و سپس به شیء دیگری دوباره متصل می‌شود

x = 'foo'
id(x)
x = 'bar'  
id(x)

140672865223568

در این مورد، پس از اینکه x را دوباره به 'bar' متصل می‌کنیم، دیگر هیچ نامی به شیء اول یعنی 'foo' متصل نیست.

این وضعیت باعث می‌شود که 'foo' وارد فرآیند جمع‌آوری زباله (garbage collection) شود.

به عبارت دیگر، جای حافظه‌ای که آن شیء را ذخیره می‌کند، آزاد می‌شود و به سیستم عامل بازگردانده می‌شود.

جمع‌آوری زباله در واقع یکی از حوزه های فعال پژوهشی در علوم کامپیوتر است.

اگر علاقه‌مند هستید، می‌توانید بیشتر درباره جمع‌آوری زباله بخوانید.

7.3. فضاهای نام

در بحث قبلی دستور زیر را نوشتیم:

x = 42

این دستور نام x را به عدد صحیح در سمت راست متصل می‌کند.

همچنین ذکر کردیم که این فرآیند اتصال x به شیء صحیح به عنوان یک دیکشنری پیاده‌سازی می‌شود.

این دیکشنری، فضای نام نامیده می‌شود.

تعریف

یک فضای نام یک جدول از نمادها است که به پایتون می‌گوید هر اسم مربوط به کدام شیء در حافظه است.

پایتون از چندین فضای نام استفاده می‌کند و در صورت لزوم آن‌ها را به صورت پویا ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، هر بار که ماژولی را import می‌کنیم، پایتون یک فضای نام برای آن ماژول ایجاد می‌کند.

برای مشاهده این موضوع در عمل، فرض کنید اسکریپتی به نام mathfoo.py می‌نویسیم که فقط یک خط دارد:

%%file mathfoo.py
pi = 'foobar'

Writing mathfoo.py

حالا مفسر پایتون را شروع می‌کنیم و آن را import می‌کنیم:

import mathfoo

بعد بیایید ماژول math را از کتابخانه استاندارد import کنیم:

import math

هر دوی این ماژول‌ها یک صفت به نام pi دارند:

math.pi

3.141592653589793

mathfoo.pi

'foobar'

این دو اتصال متفاوت pi در دو فضای نام جداگانه وجود دارند و هر کدام به صورت یک دیکشنری پیاده‌سازی شده‌اند.

اگر بخواهید، می‌توانید این دیکشنری را مستقیما با استفاده از module_name.__dict__ نگاه کنید:

import math

math.__dict__.items()

dict_items([('__name__', 'math'), ('__doc__', 'This module provides access to the mathematical functions\ndefined by the C standard.'), ('__package__', ''), ('__loader__', <_frozen_importlib_external.ExtensionFileLoader object at 0x7ff0f5ceda30>), ('__spec__', ModuleSpec(name='math', loader=<_frozen_importlib_external.ExtensionFileLoader object at 0x7ff0f5ceda30>, origin='/home/runner/miniconda3/envs/quantecon/lib/python3.13/lib-dynload/math.cpython-313-x86_64-linux-gnu.so')), ('acos', <built-in function acos>), ('acosh', <built-in function acosh>), ('asin', <built-in function asin>), ('asinh', <built-in function asinh>), ('atan', <built-in function atan>), ('atan2', <built-in function atan2>), ('atanh', <built-in function atanh>), ('cbrt', <built-in function cbrt>), ('ceil', <built-in function ceil>), ('copysign', <built-in function copysign>), ('cos', <built-in function cos>), ('cosh', <built-in function cosh>), ('degrees', <built-in function degrees>), ('dist', <built-in function dist>), ('erf', <built-in function erf>), ('erfc', <built-in function erfc>), ('exp', <built-in function exp>), ('exp2', <built-in function exp2>), ('expm1', <built-in function expm1>), ('fabs', <built-in function fabs>), ('factorial', <built-in function factorial>), ('floor', <built-in function floor>), ('fma', <built-in function fma>), ('fmod', <built-in function fmod>), ('frexp', <built-in function frexp>), ('fsum', <built-in function fsum>), ('gamma', <built-in function gamma>), ('gcd', <built-in function gcd>), ('hypot', <built-in function hypot>), ('isclose', <built-in function isclose>), ('isfinite', <built-in function isfinite>), ('isinf', <built-in function isinf>), ('isnan', <built-in function isnan>), ('isqrt', <built-in function isqrt>), ('lcm', <built-in function lcm>), ('ldexp', <built-in function ldexp>), ('lgamma', <built-in function lgamma>), ('log', <built-in function log>), ('log1p', <built-in function log1p>), ('log10', <built-in function log10>), ('log2', <built-in function log2>), ('modf', <built-in function modf>), ('pow', <built-in function pow>), ('radians', <built-in function radians>), ('remainder', <built-in function remainder>), ('sin', <built-in function sin>), ('sinh', <built-in function sinh>), ('sqrt', <built-in function sqrt>), ('tan', <built-in function tan>), ('tanh', <built-in function tanh>), ('sumprod', <built-in function sumprod>), ('trunc', <built-in function trunc>), ('prod', <built-in function prod>), ('perm', <built-in function perm>), ('comb', <built-in function comb>), ('nextafter', <built-in function nextafter>), ('ulp', <built-in function ulp>), ('__file__', '/home/runner/miniconda3/envs/quantecon/lib/python3.13/lib-dynload/math.cpython-313-x86_64-linux-gnu.so'), ('pi', 3.141592653589793), ('e', 2.718281828459045), ('tau', 6.283185307179586), ('inf', inf), ('nan', nan)])

import mathfoo

mathfoo.__dict__

{'__name__': 'mathfoo',
 '__doc__': None,
 '__package__': '',
 '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader at 0x7ff0f0b89eb0>,
 '__spec__': ModuleSpec(name='mathfoo', loader=<_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x7ff0f0b89eb0>, origin='/home/runner/work/lecture-python-programming.fa/lecture-python-programming.fa/lectures/mathfoo.py'),
 '__file__': '/home/runner/work/lecture-python-programming.fa/lecture-python-programming.fa/lectures/mathfoo.py',
 '__cached__': '/home/runner/work/lecture-python-programming.fa/lecture-python-programming.fa/lectures/__pycache__/mathfoo.cpython-313.pyc',
 '__builtins__': {'__name__': 'builtins',
  '__doc__': "Built-in functions, types, exceptions, and other objects.\n\nThis module provides direct access to all 'built-in'\nidentifiers of Python; for example, builtins.len is\nthe full name for the built-in function len().\n\nThis module is not normally accessed explicitly by most\napplications, but can be useful in modules that provide\nobjects with the same name as a built-in value, but in\nwhich the built-in of that name is also needed.",
  '__package__': '',
  '__loader__': _frozen_importlib.BuiltinImporter,
  '__spec__': ModuleSpec(name='builtins', loader=<class '_frozen_importlib.BuiltinImporter'>, origin='built-in'),
  '__build_class__': <function __build_class__>,
  '__import__': <function __import__(name, globals=None, locals=None, fromlist=(), level=0)>,
  'abs': <function abs(x, /)>,
  'all': <function all(iterable, /)>,
  'any': <function any(iterable, /)>,
  'ascii': <function ascii(obj, /)>,
  'bin': <function bin(number, /)>,
  'breakpoint': <function breakpoint(*args, **kws)>,
  'callable': <function callable(obj, /)>,
  'chr': <function chr(i, /)>,
  'compile': <function compile(source, filename, mode, flags=0, dont_inherit=False, optimize=-1, *, _feature_version=-1)>,
  'delattr': <function delattr(obj, name, /)>,
  'dir': <function dir>,
  'divmod': <function divmod(x, y, /)>,
  'eval': <function eval(source, /, globals=None, locals=None)>,
  'exec': <function exec(source, /, globals=None, locals=None, *, closure=None)>,
  'format': <function format(value, format_spec='', /)>,
  'getattr': <function getattr>,
  'globals': <function globals()>,
  'hasattr': <function hasattr(obj, name, /)>,
  'hash': <function hash(obj, /)>,
  'hex': <function hex(number, /)>,
  'id': <function id(obj, /)>,
  'input': <bound method Kernel.raw_input of <ipykernel.ipkernel.IPythonKernel object at 0x7ff0f2f2d2b0>>,
  'isinstance': <function isinstance(obj, class_or_tuple, /)>,
  'issubclass': <function issubclass(cls, class_or_tuple, /)>,
  'iter': <function iter>,
  'aiter': <function aiter(async_iterable, /)>,
  'len': <function len(obj, /)>,
  'locals': <function locals()>,
  'max': <function max>,
  'min': <function min>,
  'next': <function next>,
  'anext': <function anext>,
  'oct': <function oct(number, /)>,
  'ord': <function ord(character, /)>,
  'pow': <function pow(base, exp, mod=None)>,
  'print': <function print(*args, sep=' ', end='\n', file=None, flush=False)>,
  'repr': <function repr(obj, /)>,
  'round': <function round(number, ndigits=None)>,
  'setattr': <function setattr(obj, name, value, /)>,
  'sorted': <function sorted(iterable, /, *, key=None, reverse=False)>,
  'sum': <function sum(iterable, /, start=0)>,
  'vars': <function vars>,
  'None': None,
  'Ellipsis': Ellipsis,
  'NotImplemented': NotImplemented,
  'False': False,
  'True': True,
  'bool': bool,
  'memoryview': memoryview,
  'bytearray': bytearray,
  'bytes': bytes,
  'classmethod': classmethod,
  'complex': complex,
  'dict': dict,
  'enumerate': enumerate,
  'filter': filter,
  'float': float,
  'frozenset': frozenset,
  'property': property,
  'int': int,
  'list': list,
  'map': map,
  'object': object,
  'range': range,
  'reversed': reversed,
  'set': set,
  'slice': slice,
  'staticmethod': staticmethod,
  'str': str,
  'super': super,
  'tuple': tuple,
  'type': type,
  'zip': zip,
  '__debug__': True,
  'BaseException': BaseException,
  'BaseExceptionGroup': BaseExceptionGroup,
  'Exception': Exception,
  'GeneratorExit': GeneratorExit,
  'KeyboardInterrupt': KeyboardInterrupt,
  'SystemExit': SystemExit,
  'ArithmeticError': ArithmeticError,
  'AssertionError': AssertionError,
  'AttributeError': AttributeError,
  'BufferError': BufferError,
  'EOFError': EOFError,
  'ImportError': ImportError,
  'LookupError': LookupError,
  'MemoryError': MemoryError,
  'NameError': NameError,
  'OSError': OSError,
  'ReferenceError': ReferenceError,
  'RuntimeError': RuntimeError,
  'StopAsyncIteration': StopAsyncIteration,
  'StopIteration': StopIteration,
  'SyntaxError': SyntaxError,
  'SystemError': SystemError,
  'TypeError': TypeError,
  'ValueError': ValueError,
  'Warning': Warning,
  'FloatingPointError': FloatingPointError,
  'OverflowError': OverflowError,
  'ZeroDivisionError': ZeroDivisionError,
  'BytesWarning': BytesWarning,
  'DeprecationWarning': DeprecationWarning,
  'EncodingWarning': EncodingWarning,
  'FutureWarning': FutureWarning,
  'ImportWarning': ImportWarning,
  'PendingDeprecationWarning': PendingDeprecationWarning,
  'ResourceWarning': ResourceWarning,
  'RuntimeWarning': RuntimeWarning,
  'SyntaxWarning': SyntaxWarning,
  'UnicodeWarning': UnicodeWarning,
  'UserWarning': UserWarning,
  'BlockingIOError': BlockingIOError,
  'ChildProcessError': ChildProcessError,
  'ConnectionError': ConnectionError,
  'FileExistsError': FileExistsError,
  'FileNotFoundError': FileNotFoundError,
  'InterruptedError': InterruptedError,
  'IsADirectoryError': IsADirectoryError,
  'NotADirectoryError': NotADirectoryError,
  'PermissionError': PermissionError,
  'ProcessLookupError': ProcessLookupError,
  'TimeoutError': TimeoutError,
  'IndentationError': IndentationError,
  '_IncompleteInputError': _IncompleteInputError,
  'IndexError': IndexError,
  'KeyError': KeyError,
  'ModuleNotFoundError': ModuleNotFoundError,
  'NotImplementedError': NotImplementedError,
  'PythonFinalizationError': PythonFinalizationError,
  'RecursionError': RecursionError,
  'UnboundLocalError': UnboundLocalError,
  'UnicodeError': UnicodeError,
  'BrokenPipeError': BrokenPipeError,
  'ConnectionAbortedError': ConnectionAbortedError,
  'ConnectionRefusedError': ConnectionRefusedError,
  'ConnectionResetError': ConnectionResetError,
  'TabError': TabError,
  'UnicodeDecodeError': UnicodeDecodeError,
  'UnicodeEncodeError': UnicodeEncodeError,
  'UnicodeTranslateError': UnicodeTranslateError,
  'ExceptionGroup': ExceptionGroup,
  'EnvironmentError': OSError,
  'IOError': OSError,
  'open': <function _io.open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)>,
  'copyright': Copyright (c) 2001-2024 Python Software Foundation.
  All Rights Reserved.
  
  Copyright (c) 2000 BeOpen.com.
  All Rights Reserved.
  
  Copyright (c) 1995-2001 Corporation for National Research Initiatives.
  All Rights Reserved.
  
  Copyright (c) 1991-1995 Stichting Mathematisch Centrum, Amsterdam.
  All Rights Reserved.,
  'credits': Thanks to CWI, CNRI, BeOpen, Zope Corporation, the Python Software
  Foundation, and a cast of thousands for supporting Python
  development.  See www.python.org for more information.,
  'license': Type license() to see the full license text,
  'help': Type help() for interactive help, or help(object) for help about object.,
  'execfile': <function _pydev_bundle._pydev_execfile.execfile(file, glob=None, loc=None)>,
  'runfile': <function _pydev_bundle.pydev_umd.runfile(filename, args=None, wdir=None, namespace=None)>,
  '__IPYTHON__': True,
  'display': <function IPython.core.display_functions.display(*objs, include=None, exclude=None, metadata=None, transient=None, display_id=None, raw=False, clear=False, **kwargs)>,
  'get_ipython': <bound method InteractiveShell.get_ipython of <ipykernel.zmqshell.ZMQInteractiveShell object at 0x7ff0f0c1c050>>},
 'pi': 'foobar'}

همان‌طور که می‌دانید، ما به عناصر موجود در فضای نام، با استفاده از نقطه‌گذاری صفات دسترسی پیدا می‌کنیم.

math.pi

3.141592653589793

این دستور کاملاً معادل math.__dict__['pi'] است:

math.__dict__['pi'] 

3.141592653589793

7.4. مشاهده فضاهای نام

همان‌طور که در بالا دیدیم، فضای نام math را می‌توان با تایپ کردن math.__dict__ چاپ (print)کرد.

راه دیگر برای دیدن محتویات آن تایپ کردن vars(math) است:

vars(math).items()

dict_items([('__name__', 'math'), ('__doc__', 'This module provides access to the mathematical functions\ndefined by the C standard.'), ('__package__', ''), ('__loader__', <_frozen_importlib_external.ExtensionFileLoader object at 0x7ff0f5ceda30>), ('__spec__', ModuleSpec(name='math', loader=<_frozen_importlib_external.ExtensionFileLoader object at 0x7ff0f5ceda30>, origin='/home/runner/miniconda3/envs/quantecon/lib/python3.13/lib-dynload/math.cpython-313-x86_64-linux-gnu.so')), ('acos', <built-in function acos>), ('acosh', <built-in function acosh>), ('asin', <built-in function asin>), ('asinh', <built-in function asinh>), ('atan', <built-in function atan>), ('atan2', <built-in function atan2>), ('atanh', <built-in function atanh>), ('cbrt', <built-in function cbrt>), ('ceil', <built-in function ceil>), ('copysign', <built-in function copysign>), ('cos', <built-in function cos>), ('cosh', <built-in function cosh>), ('degrees', <built-in function degrees>), ('dist', <built-in function dist>), ('erf', <built-in function erf>), ('erfc', <built-in function erfc>), ('exp', <built-in function exp>), ('exp2', <built-in function exp2>), ('expm1', <built-in function expm1>), ('fabs', <built-in function fabs>), ('factorial', <built-in function factorial>), ('floor', <built-in function floor>), ('fma', <built-in function fma>), ('fmod', <built-in function fmod>), ('frexp', <built-in function frexp>), ('fsum', <built-in function fsum>), ('gamma', <built-in function gamma>), ('gcd', <built-in function gcd>), ('hypot', <built-in function hypot>), ('isclose', <built-in function isclose>), ('isfinite', <built-in function isfinite>), ('isinf', <built-in function isinf>), ('isnan', <built-in function isnan>), ('isqrt', <built-in function isqrt>), ('lcm', <built-in function lcm>), ('ldexp', <built-in function ldexp>), ('lgamma', <built-in function lgamma>), ('log', <built-in function log>), ('log1p', <built-in function log1p>), ('log10', <built-in function log10>), ('log2', <built-in function log2>), ('modf', <built-in function modf>), ('pow', <built-in function pow>), ('radians', <built-in function radians>), ('remainder', <built-in function remainder>), ('sin', <built-in function sin>), ('sinh', <built-in function sinh>), ('sqrt', <built-in function sqrt>), ('tan', <built-in function tan>), ('tanh', <built-in function tanh>), ('sumprod', <built-in function sumprod>), ('trunc', <built-in function trunc>), ('prod', <built-in function prod>), ('perm', <built-in function perm>), ('comb', <built-in function comb>), ('nextafter', <built-in function nextafter>), ('ulp', <built-in function ulp>), ('__file__', '/home/runner/miniconda3/envs/quantecon/lib/python3.13/lib-dynload/math.cpython-313-x86_64-linux-gnu.so'), ('pi', 3.141592653589793), ('e', 2.718281828459045), ('tau', 6.283185307179586), ('inf', inf), ('nan', nan)])

اگر فقط می‌خواهید نام‌ها را ببینید، می‌توانید دستور زیر را تایپ کنید:

# Show the first 10 names
dir(math)[0:10]

['__doc__',
 '__file__',
 '__loader__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__spec__',
 'acos',
 'acosh',
 'asin',
 'asinh']

به نام‌های ویژه __doc__ و __name__ توجه کنید.

این‌ نام ها به محض import شدن هر ماژول، به طور خودکار در فضای نام ایجاد و مقداردهی می‌شوند:

• __doc__ رشته مستندسازی ماژول است

• __name__ نام ماژول است

print(math.__doc__)

This module provides access to the mathematical functions
defined by the C standard.

math.__name__

'math'

7.5. محیط تعاملی

در پایتون، تمام کدهایی که توسط مفسر اجرا می‌شوند داخل یک ماژول اجرا می‌شوند.

اما دستوراتی که مستقیما در محیط تعاملی (prompt) تایپ می‌کنیم چطور؟

این‌ دستورها هم به عنوان کدی در نظر گرفته می‌شوند که داخل یک ماژول اجرا می‌شود؛ در این حالت، آن ماژول __main__ نام دارد.

برای بررسی این موضوع، می‌توانیم مقدار __name__را درprompt چاپ کنیم تا نام ماژول فعلی را ببینیم.

print(__name__)

__main__

وقتی یک اسکریپت را با استفاده از دستور run در IPython اجرا می‌کنیم، محتویات فایل نیز به عنوان بخشی از __main__ اجرا می‌شوند.

برای مشاهده این موضوع، بیایید یک فایل mod.py ایجاد کنیم که صفت __name__ خودش را چاپ کند:

%%file mod.py
print(__name__)

Writing mod.py

حالا بیایید دو روش متفاوت اجرای آن را در IPython ببینیم:

import mod  # Standard import

mod

%run mod.py  # Run interactively

__main__

در حالت دوم، کد به عنوان بخشی از __main__ اجرا می‌شود، بنابراین __name__ برابر با __main__ است.

برای دیدن محتویات فضای نام __main__ از ()vars به جای vars(__main__) استفاده می‌کنیم.

اگر این کار را در IPython انجام دهید، تعداد زیادی متغیر خواهید دید که IPython به آن‌ها نیاز دارد و هنگام شروع جلسه مقداردهی اولیه را انجام داده است.

اگر ترجیح می‌دهید فقط متغیرهایی که شما مقداردهی اولیه کرده‌اید را ببینید، از whos% استفاده کنید:

x = 2
y = 3

import numpy as np

%whos

Variable   Type        Data/Info
--------------------------------
f          function    <function f at 0x7ff0f09b6d40>
g          function    <function f at 0x7ff0f09b6d40>
math       module      <module 'math' from '/hom<...>313-x86_64-linux-gnu.so'>
mathfoo    module      <module 'mathfoo' from '/<...>.fa/lectures/mathfoo.py'>
mod        module      <module 'mod' from '/home<...>ming.fa/lectures/mod.py'>
np         module      <module 'numpy' from '/ho<...>kages/numpy/__init__.py'>
x          int         2
y          int         3

7.6. فضای نام سراسری یا جهانی(The Global Namespace)

مستندات پایتون اغلب به “فضای نام سراسری” اشاره می‌کند.

فضای نام سراسری فضای نام ماژولی است که در حال حاضر در حال اجرا است.

به عنوان مثال، فرض کنید که مفسر را باز می‌کنیم و شروع به انجام تخصیص ها(assignments) می‌کنیم.

اکنون ما در ماژول __main__ کار می‌کنیم، و از این رو فضای نام برای __main__ همان فضای نام سراسری است.

سپس، ماژولی به نام amodule را import می‌کنیم:

import amodule

در این نقطه، مفسر یک فضای نام برای ماژول amodule ایجاد می‌کند و شروع به اجرای دستورات در ماژول می‌کند.

در حالی که این اتفاق می‌افتد، فضای نام amodule.__dict__ فضای نام سراسری است.

پس از اتمام اجرای ماژول، مفسر به ماژولی که دستور import از آن صادر شده بود بازمی‌گردد.

در این مثال، این ماژول __main__ است، بنابراین دوباره فضای نام مربوط به __main__ به عنوان فضای نام سراسری درنظر گرفته می‌شود.

7.7. فضای نام محلی(Local Namespaces)

نکته مهم: وقتی یک تابع را فراخوانی می‌کنیم، مفسر یک فضای نام محلی برای آن تابع ایجاد می‌کند و متغیرها را در آن فضای نام ثبت می‌کند.

دلیل این امر در همین لحظه توضیح داده خواهد شد.

متغیرهای موجود در فضای نام محلی متغیرهای محلی نامیده می‌شوند.

پس از بازگشت تابع، فضای نام آزاد می‌شود و از بین می‌رود.

در حالی که تابع در حال اجرا است، می‌توانیم محتویات فضای نام محلی را با ()locals مشاهده کنیم.

به عنوان مثال، دستور زیر را در نظر بگیرید:

def f(x):
    a = 2
    print(locals())
    return a * x

حالا بیایید تابع را فراخوانی کنیم:

f(1)

{'x': 1, 'a': 2}

2

می‌توانید فضای نام محلی f را قبل از نابود شدن ببینید.

7.8. فضای نام داخلی (The __builtins__ Namespace )

ما از توابع داخلی مختلفی مانند ()max و ()dir و ()strو ()list و ()len و ()range و ()typeو غیره، استفاده کرده‌ایم.

اما دسترسی به این نام‌ها چگونه امکان پذیر است؟

• این تعاریف در ماژولی به نام __builtin__ ذخیره شده‌اند.

• آن‌ها فضای نام مخصوص به خود را دارند که به آن __builtins__ گفته می‌شود.

# Show the first 10 names in `__main__`
dir()[0:10]

['In', 'Out', '_', '_10', '_11', '_12', '_13', '_14', '_15', '_16']

# Show the first 10 names in `__builtins__`
dir(__builtins__)[0:10]

['ArithmeticError',
 'AssertionError',
 'AttributeError',
 'BaseException',
 'BaseExceptionGroup',
 'BlockingIOError',
 'BrokenPipeError',
 'BufferError',
 'BytesWarning',
 'ChildProcessError']

می‌توانیم به عناصر فضای نام به صورت زیر دسترسی پیدا کنیم:

__builtins__.max

<function max>

اما __builtins__ خاص است، چون همیشه می‌توانیم مستقیماً به آن‌ها هم دسترسی داشته باشیم.

max

<function max>

__builtins__.max == max

True

بخش بعدی توضیح می‌دهد که این کار چگونه امکان پذیر است …

7.9. Name Resolution

فضاهای نام عالی هستند زیرا به ما کمک می‌کنند تا نام‌های متغیر را سازماندهی کنیم.

(در prompt عبارت import this را تایپ کنید و به آخرین موردی که چاپ می‌شود نگاه کنید)

با این حال، ما باید بفهمیم که مفسر پایتون چگونه با فضاهای نام متعدد کار می‌کند.

درک جریان اجرا به ما کمک می‌کند تا بررسی کنیم که کدام متغیرها در دسترس هستند و چگونه می‌توانیم هنگام نوشتن و اشکال‌زدایی برنامه‌ها با آن‌ها کار کنیم.

در هر نقطه از اجرای برنامه، در واقع حداقل دو فضای نام وجود دارند که می‌توان به طور مستقیم به آن‌ها دسترسی داشت.

(“دسترسی مستقیم” به معنای بدون استفاده از نقطه است، مانند pi به جای math.pi)

این فضاهای نام عبارتند از:

• فضای نام سراسری (ماژولی که در حال اجرا است)

• فضای نام داخلی یا builtin

اگر مفسر در حال اجرای یک تابع باشد، آنگاه فضاهای نامی که مستقیما قابل دسترسی هستند، عبارتند از:

• فضای نام محلی تابع

• فضای نام سراسری (ماژولی که در حال اجرا است)

• فضای نام داخلی یا builtin

گاهی اوقات توابع در داخل توابع دیگر تعریف می‌شوند، مانند مثال زیر:

def f():
    a = 2
    def g():
        b = 4
        print(a * b)
    g()

در اینجا f تابع بستار یا دربرگیرنده برای g است و هر تابع فضای نام خود را دارد.

حالا می‌توانیم قانون نحوه کار Name Resolution را در فضای نام توضیح دهیم:

ترتیبی که مفسر برای جستجوی نام‌ها دنبال می‌کند عبارت است از:

1. فضای نام محلی (اگر وجود داشته باشد)

2. زنجیره فضاهای نام توابع بستار (اگر وجود داشته باشند)

3. فضای نام سراسری

4. فضای نام داخلی یا builtin

اگر نام در هیچ یک از این فضاهای نام نباشد، مفسر یک NameError ایجاد می‌کند.

این قانون LEGB نامیده می‌شود (local, enclosing, global, builtin).

در ادامه یک مثال برای روشن شدن موضوع آورده شده است.

تصاویر و نمودارهای این مثال توسط nbtutor در یک ژوپیترنوت‌بوک ایجاد شده‌اند.

آن‌ها می‌توانند به شما کمک کنند تا برنامه خود را بهتر درک کنید، مخصوصا زمانی که در حال یادگیری یک زبان برنامه نویسی جدید هستید.

فرض کنید اسکریپتی به نام test.py داریم که به صورت زیر است:

%%file test.py
def g(x):
    a = 1
    x = x + a
    return x

a = 0
y = g(10)
print("a = ", a, "y = ", y)

Writing test.py

وقتی این اسکریپت را اجرا می‌کنیم، چه اتفاقی می‌افتد؟

%run test.py

a =  0 y =  11

ابتدا:

• فضای نام سراسری با مقدار {} ایجاد می‌شود.

• یک تابع ساخته می‌شود و نام g در فضای نام سراسری به آن متصل می‌شود.

• نام aهم در فضای سراسری به مقدار 0 متصل می‌شود.

سپس g از طریق y = g(10) فراخوانی می‌شود که منجر به دنباله ای از اقدامات زیر می‌شود:

• فضای نام محلی برای تابع ایجاد می‌شود.

• نام‌های محلی x و a متصل می‌شوند، به طوری که فضای نام محلی به {'x': 10, 'a': 1} تبدیل می‌شود.

توجه کنید که فضای نام سراسری a تحت تأثیر فضای نام محلی a قرار نگرفت.

• دستور x = x + a از نام های محلی a و x برای محاسبه x + a استفاده می‌کند و نام محلی x به نتیجه آن متصل می‌کند.

• این مقدار بازگردانده می‌شود و نام y در فضای نام سراسری به آن متصل می‌شود.

• x و a محلی حذف می‌شوند (و فضای نام محلی آزاد می‌شود).

7.9.1. پارامترهای تغییرپذیر در مقابل تغییرناپذیر

این زمان خوبی است که کمی بیشتر درباره اشیاء تغییرپذیر و تغییرناپذیر صحبت کنیم.

فرض کنید قطعه کد زیر را داریم:

def f(x):
    x = x + 1
    return x

x = 1
print(f(x), x)

2 1

اکنون می‌فهمیم که اینجا چه اتفاقی می‌افتد: کد مقدار 2 را به عنوان خروجی f(x) و مقدار 1 را به عنوان مقدار x چاپ می‌کند.

ابتدا f و x در فضای نام سراسری ثبت می‌شوند.

فراخوانی f(x) یک فضای نام محلی ایجاد می‌کند و x را به آن اضافه می‌کند که به 1 متصل است.

سپس، این x محلی دوباره به شیء عدد صحیح جدید 2 متصل می‌شود و این مقدار بازگردانده می‌شود.

هیچ یک از تغییرات، بر x سراسری تأثیر نمی‌گذارد.

با این حال، وقتی از یک نوع داده تغییرپذیر مانند لیست استفاده می‌کنیم، داستان متفاوت است:

def f(x):
    x[0] = x[0] + 1
    return x

x = [1]
print(f(x), x)

[2] [2]

این کد [2] را به عنوان مقدار f(x) چاپ می‌کند و همان مقدار برای x سراسری هم نمایش داده می‌شود.

در اینجا چه اتفاقی می‌افتد:

• f به عنوان یک تابع در فضای نام سراسری ثبت می‌شود

• x به [1] در فضای نام سراسری متصل می‌شود

• فراخوانی f(x):

  • یک فضای نام محلی ایجاد می‌کند

  • x را به فضای نام محلی اضافه می‌کند که به [1] متصل است

Note

x سراسری و x محلی به همان لیست [1] اشاره می‌کنند.

می‌توانیم ببینیم که شناسه x محلی و x سراسری یکسان است.

def f(x):
    x[0] = x[0] + 1
    print(f'the identity of local x is {id(x)}')
    return x

x = [1]
print(f'the identity of global x is {id(x)}')
print(f(x), x)

the identity of global x is 140672799031552
the identity of local x is 140672799031552
[2] [2]

• در داخل f(x):

  • لیست [1] به [2] تغییر می‌کند

  • لیست [2] بازگردانده می‌شود.

• فضای نام محلی آزاد می‌شود و x محلی از بین می‌رود

اگر می‌خواهید x محلی و x سراسری را به طور جداگانه تغییر دهید، می‌توانید یک نسخه کپی از لیست بسازید و آن نسخه کپی را به x محلی اختصاص دهید.

این مورد را به عنوان تمرین به شما می‌سپاریم تا بررسی کنید.