1. 命名空间是什么？
在Python中，命名空间是一种用于存储变量名称与变量值之间关联的系统。每个变量都必须位于某个命名空间中，这样才能在代码中引用它们。命名空间主要用于避免变量名冲突的问题，使得不同模块和函数中的同名变量可以互不干扰。
1.1 为什么需要命名空间？
当我们编写复杂的程序时，经常会遇到各种变量名冲突的问题。比如在一个程序中定义了两个同名的变量，这会导致程序的可读性和可维护性变差。而使用命名空间可以解决这个问题，将不同模块或函数中的同名变量进行隔离。
1.2 命名空间的类型
在Python中，主要有三种类型的命名空间：
内置命名空间：Python解释器自带的命名空间，包含了所有内置的函数、对象和异常等。
全局命名空间：位于全局作用域中，包含了在程序的任何地方都可以访问的全局变量和函数等。
局部命名空间：位于函数或类的作用域中，只能在特定的函数或类中访问的变量和函数等。
2. Python中的命名空间规则
在Python中，不同的命名空间有不同的访问规则。主要有以下几个规则：
2.1 LEGB规则
LEGB规则是Python中命名空间访问的一个顺序规则，它决定了在特定作用域中访问变量时的顺序。LEGB代表的是：
Local（局部）：函数内部的命名空间。
Enclosing function locals（嵌套函数局部）：包裹住当前函数的外层函数内的命名空间。
Global（全局）：模块级别的命名空间，即全局变量。
Built-in（内置）：内置命名空间，包含了Python解释器自带的函数和对象。
2.2 变量的搜索顺序
当Python解释器遇到一个变量引用时，会按照LEGB规则从局部开始查找变量，如果找到则停止搜索，如果没有找到则继续在嵌套函数、全局以及内置命名空间中查找。如果最终还是找不到，则会抛出一个NameError异常。
2.3 globals()和locals()函数
Python提供了globals()和locals()函数来获取全局和局部命名空间中的变量。globals()函数返回一个字典，包含了全局命名空间中的变量，而locals()函数返回一个字典，包含了局部命名空间中的变量。
x = 10
def func():
y = 20
print(locals()) # {'y': 20}
print(globals()) # {'x': 10, 'func': <function func at 0x000001>, ...}
func()
在上面的例子中，调用func函数时，局部命名空间中的变量'y'被打印出来。同时，我们还可以通过globals()函数获取全局命名空间中的变量'x'。
3. 命名空间的示例
下面我们通过一个示例来演示Python中命名空间的使用。
# 全局命名空间
x = 10
def outer():
# 嵌套函数局部命名空间
y = 20
def inner():
# 局部命名空间
z = 30
print(x + y + z) # 60
inner()
outer()
在上面的示例中，全局命名空间中定义了变量'x'，嵌套函数outer()的局部命名空间中定义了变量'y'，而inner()函数的局部命名空间中定义了变量'z'。在inner()函数中，我们可以访问到全局、嵌套函数局部以及局部命名空间中的变量，从而实现了不同作用域的变量之间的访问。
4. 小结
命名空间是Python中非常重要的一个概念，它解决了变量名冲突以及作用域问题。通过了解命名空间的类型和搜索规则，我们可以更加灵活地管理和使用变量，提高代码的可读性和可维护性。