Локальные и глобальные переменные в Python: зачем они нужны

Глобальные и локальные переменные в Python нужны для управления доступностью и областью видимости данных в программе. Давайте более подробно рассмотрим, как с ними работать.

Локальные переменные

Исходя из названия, локальные переменные — это те переменные, которые объявлены и доступны внутри функции или блока кода. Вне этой функции они недоступны.

Создать локальную переменную можно при вызове функции. Ее удаление происходит после завершения этой функции.

Преимущества локальных функций в том, что они упрощают управление памятью. Ведь переменные автоматически удаляются, когда функция завершает свою работу. В результате снижается вероятность случайного изменения данных, поскольку доступ к переменной ограничен определенной областью.

Глобальные переменные

Глобальные переменные — это переменные, которые объявлены за пределами всех функций, обычно это происходит в верхней части модуля. Глобальные переменные доступны для всех функций и блоков кода в программе.

Вы можете изменять глобальные переменные внутри функции, но для этого требуется явно указать, что переменная является глобальной. Это делается с помощью ключевого слова global.

В число преимуществ глобальных переменных следует отнести то, что они удобны для хранения данных, которые должны быть доступны во всей программе (например, настройки или конфигурации). Также они позволяют обмениваться данными между различными функциями.

Пример использования:

x = 10  # глобальная переменная

def my_function():
    global x  # указываем, что будем использовать глобальную переменную
    y = 5  # локальная переменная
    x += y  # изменяем значение глобальной переменной
    print("x:", x)  # доступна
    print("y:", y)  # доступна

my_function()
# print(y) вызовет ошибку, так как переменная y локальная и вне функции не существует

Как видите, использование глобальных и локальных переменных позволяет организовать код так, чтобы он был более читабельным и управляемым. Вместе с тем, применение в коде Python глобальных и локальных переменных имеет определенные недостатки. Также существует несколько альтернативных методов, которые могут быть более подходящими в некоторых ситуациях.

Недостатки глобальных переменных

• Сложность отслеживания изменений: Глобальные переменные допускают изменение в любом месте программы, что усложняет отслеживание изменение их значений.
• Проблемы с многопоточностью: Использование глобальных переменных в многопоточных приложениях может стать причиной несогласованности данных, поскольку несколько потоков могут одновременно изменять ту же самую переменную.
• Усложнение глобального пространства имен: При наличии нескольких глобальных переменных могут возникнуть конфликты имен, что затруднит понимание программы.
• Проблемы в тестировании: Тестирование функций, которые зависят от глобальных переменных, усложнится, поскольку придется учесть текущее состояние глобальных данных, а не только вводные параметры и выходные значения функции.
• Нарушение принципов инкапсуляции: Глобальные переменные противоречат концепции инкапсуляции в объектно-ориентированном программировании, потому что данные становятся доступны везде.

Недостатки локальных переменных

• Ограниченная доступность: Локальные переменные доступны лишь внутри функции. Это может потребовать их передачи в качестве аргументов, если данные требуется использовать в другой функции.
• Избыточность передачи параметров: Если вам нужно передать много переменных в другую функцию, то это может сделать код менее читабельным и усложнит его поддержку.
• Сложности с модификацией внешних данных: Чтобы изменить значение внешней переменной, придется использовать специальные способы, такие как передача по ссылке или использование глобальных переменных.

Что можно использовать вместо глобальных и локальных переменных

В качестве альтернативы глобальным и локальным переменным можно попробовать функции с аргументами и возвращаемыми значениями. Например, вместо изменения глобальных переменных, функция может принимать параметры и возвращать результат. Это сделает функцию более прогнозируемой и упростит тестирование.

def increment(value):
    return value + 1

x = 10
x = increment(x)

Также вы можете использовать классы и объекты как альтернативу. Объектно-ориентированное программирование допускает инкапсулирование данных и методов, которые их изменяют, внутри классов. Это улучшает структуру кода.

class Counter:
    def __init__(self):
        self.value = 0

    def increment(self):
        self.value += 1

counter = Counter()
counter.increment()
print(counter.value)

Третий вариант предполагает использование модулей. Они позволяют управлять областью видимости переменных, чтобы избежать загрязнения глобального пространства имен. Переменные объявляются внутри модуля и становятся доступными только через импорт этого модуля.

И, наконец, четвертый вариант состоит в использовании стандартных библиотек (например, functools.partial или dataclasses).

Все эти подходы помогут вам создать более гибкий и структурированный код, избежать применения глобальных переменных и избыточного количества локальных переменных. Выбор того или иного подхода зависит от конкретной задачи, размера и структуры кода, а также требований к читаемости и поддерживаемости.