安全開發：說一說Python的作用域與名稱空間

05-08

0x00 前言

在這個系列的開始，介紹了Python文件操作相關的概念，這一節我會說一說對Python的作用域與名稱空間的理解。

很多同學可能會覺得說的東西比較基礎似乎和安全沒有什麼關係，其實不然。我是這麼理解的，know it,then hack it.真正牛逼的漏洞都是對程序本身有深入的理解後挖出來的，『人肉掃描器』沒啥意思，只有真正弄懂了基礎，再去分析漏洞報告，做到舉一反三，我相信0day也會隨之而來。

同時，我更希望看到的是隨著SDL的落地，安全意識的提高，從源頭上「堵住」漏洞，走出『挖漏洞，補漏洞』的怪圈。

不羅嗦了，開始今天的主題。

0x01 Python的名稱空間

什麼是名稱空間？

簡單來說，名稱空間就是存放名字與值綁定關係的地方。

這裡說的名字與值，不單單指變數名與變數值之間的關係。函數名、類名等均為這裡所指的名字。

名稱空間是內存中一塊隔離的空間。

名稱空間還方便了大型項目的協作開發，Python之禪中也提到，「名稱空間是一個偉大的發明，在日常開發中，我們要儘可能多的使用它。」

名稱空間的分類：

名稱空間共分為3類，

1、全局名稱空間

2、局部名稱空間

3、內置名稱空間

註：變數名、函數名、類名等都是文中所指的名字。

內置名稱空間，就是在Python解釋器啟動時生效，在Python解釋器關閉時失效。像一些常見的函數，比如說print()、len()、max()等均存在於內置名稱空間。

全局名稱空間，定義的是文件級別的名字與值之間的綁定關係。舉個例子，比如說我們在當前文件中定義變數x=1、函數def fuck:pass，等諸如此類，未在函數或類中定義的變數與值之間的綁定關係就是全局名稱空間。這類名字與值之間的綁定關係，直接在Python文件的上下文中定義，未在函數或類的內部定義。

局部名稱空間，定義的是函數內部名字與值之間的綁定關係。

在啟動Python解釋器時，內置名稱空間隨之生效。此時可以直接調用一些內置的函數，而不需要對該類函數進行定義。當Python解釋器關閉時，內置名稱空間隨之失效。

執行Python文件時，Python解釋器會將該Python文件級別的名字與值之間的綁定關係存放起來，存放該綁定關係的空間就是全局名稱空間。當該Python文件執行完畢時，全局名稱空間也隨之失效。

在調用函數時，局部名稱就會臨時生效。函數調用結束，局部名稱空間隨之失效。

需要注意的是，類中定義的名字與值之間的綁定關係也可以理解為局部名稱空間。與函數中的名稱空間不同，類定義完，該名稱空間就會產生。除非類被刪除，否則這塊名稱空間不會被回收。

可見，名稱空間的載入順序如下：

1、先載入內置名稱空間

2、再載入全局名稱空間

3、最後有可能載入局部名稱空間

反之，Python解釋器查找名字的順序為，先局部，再全局，最後內置。

0x02 作用域

作用域就是一個作用範圍，簡單理解，也跟找名字有關。

眾所周知，Python的三塊名稱空間有：內置名稱空間、全局名稱空間、局部名稱空間。

這幾個內存空間的特點如下：

拿內置名稱空間來說，

生效：在Python解釋器啟動時，內置名稱空間生效。

失效：在Python解釋器關閉時，內置名稱空間失效。

那全局名稱空間呢？

生效：執行Python文件時，全局名稱空間生效。

失效：當Python文件執行完畢時，全局名稱空間失效。

局部名稱空間：

生效：當函數被調用時，局部名稱空間臨時生效。

失效：函數調用結束，局部名稱空間失效。

圍繞Python的名稱空間，其作用域一共分為兩塊：全局作用域、局部作用域。

全局作用域由內置名稱空間、全局名稱空間兩部分的名字與值之間的綁定關係組成。

其特點為：全局存活，全局有效，伴隨Python文件執行始終。

局部作用域由局部名稱空間的名字與值之間的綁定關係構成。

其特點為：臨時存活，局部有效。

總結一下，名字的查找順尋為LEGB，即locals -> enclosing function -> globals -> builtins。

locals：代表函數內部的名字空間，包括函數內部的局部變數，和形式參數。

enclosing：外部函數嵌套的名字空間，這種形式常見於閉包中。

globals：全局變數，即文件級別定義的名字與值之間的綁定關係。函數定義所在模塊的名稱空間。

builtins：內置模塊的名字空間。

查看作用域的兩個內置函數：globals()、locals()。

globals()，用來查看全局名稱空間的名字。

dir(globals()[__builtins__])，用來查看內置名稱空間的名字。

在內置名稱空間中，存在諸如print、max、len等名字，這就是為什麼我們可以直接調用這些函數，而不需要進行定義的原因。

locals()，用來查看局部名稱空間的名字。

在文件級別而不是在函數中調用locals()查看名字時，與globals()的返回值相同。

作用域關係，在函數定義時就已經確定，與調用位置無關。

x = 23333def f1(): def f2(): print(x) return f2f = f1()print(f)f()def func(): x = 123 f()func()

如上代碼，由於作用域關係在函數定義時就已經確定了，即f()函數的作用域關係在定義時確定x = 23333（全局名稱空間），與調用位置x=123（局部名稱空間）無關，所以最後的輸出結果仍為23333而不是123。

0x03 關鍵字global和nonlocal的引入

x = 1def foo(): x = 10foo()print(x)

該代碼的執行結果為：1

x = 1def foo(): global x x = 10foo()print(x)

該代碼的執行結果為：10

在函數內部（局部名稱空間），要想修改全局名稱空間內變數的值需要使用關鍵字global聲明。

x = 1def foo(): x = 2 def foo2(): nonlocal x x = 13213321 foo2() print(foo:+str(x))foo()print(x)

該代碼的執行結果為：

foo:132133211

在嵌套定義的函數中，要想修改上一級函數中（上一級局部名稱空間）變數的值，需要使用關鍵字nonlocal進行聲明。若上一級不存在該變數，則繼續向上一級尋找，直到找到為止（僅限在函數內部）。找不到則報錯。

0x04 參考鏈接

9. Classes - Python 3.6.4 documentation