7.2　作用域的演变

作用域是指名字的有效范围。要保证程序整体不会出现名字冲突是件困难的事情，为此将名字的有效范围限定在更小的范围之内，让程序管理变得轻松一些。作用域的提出就是基于这个考虑。前面讲到的问题点，就是在函数 shori 中名字 i 所赋有的值被改写的情况下，会给其他部分的程序带来影响。如果函数 shori 中的名字 i 仅在此函数中有效就好了。这样一来，就只需关注 i 在函数 shori 中的情况就可以了。那么，该如何实现这一点呢？

动态作用域

如何操作

一种解决方法是，把变量原来的值事先保存在函数入口处，在出口处写回变量中。

Perl
sub shori{
$old_i = $i; ❶
$i = 0; # 各种处理
$i = $old_i; ❷
}

函数的开头把变量 i 的值代入变量 old_i 中（❶），函数结束时再把变量 old_i 中的值返回给变量 i（❷。这是一种先把原来的值另存起来随后返回的方法。如此一来，在 ❶ 和 ❷ 之间不管怎样改写 $i 的值，对其他部分都没有任何影响。

使用这种方法，必须要注意不要漏写返回原来的值的那一行❷。函数中有 return 返回时，也要记得先把变量原来的值返回后再执行 return 语句。凡当函数退出时，所有地方都要毫无遗漏地加上返回值的代码5。

5从函数中退出时保证无遗漏地执行某些特定的操作，这个和异常处理结合在一起时，会变成一个复杂的话题。关于这一点，第 6 章有详细的介绍。

然而人总是会犯错误的，对于这样的任务，我们总是希望能让计算机去完成。从 1991 年发布的 Perl 4 开始，Perl 语言增加了这一功能，通过把变量声明为 local 就可以让程序处理器去承担“把原来的值另存起来随后返回”的任务。

Perl
sub shori{
local $i;
$i = 0;
}

这样的作用域称为动态作用域。

问题点

动态作用域有个难以处理之处，在改写了变量之后调用其他函数时，被调用的函数会受到影响。文字说明比较难理解，我们来看以下代码，这里函数 yobu 调用了函数 yobareru。

Perl
$x = "global";

sub yobu{
local $x = "yobu";
&yobareru();
}

sub yobareru{
print "$x\n";
# ↑输出「yobu」
}

&yobu();

在函 yobu 中，变量值被改写为 yobu，在函数 yobareru 中显示变量 x 时，显示出来的是 yobu。就是说，函数 yobu 中的变更对被调用的函数 yobareru 有影响。

引入了动态作用域后，函 yobu 中针对变量的变更对全局变量 x 没有影响，但是这个变更对函数 yobu 里进一步调用的函数 yobareru 有影响。

动态作用域中被改写的值会影响到被调用函数，因此在引用变量时它是什么样的值，不看函数调用方的代码这个是无从得知的。而逐行去看调用方代码会很麻烦。这里举的例子中代码较短，一看就能明白，但在一般情况下，函数在哪里被调用这个信息分散在代码中，是很难把握的 6。

6反过来，如果要用函数调用处确定的值来改变被调用函数的行为该如何实现？参数传递是一种方法。使用参数传递后，读代码的人就知道这个变量的值是在调用处确定的。

这个问题该如何解决呢？

静态作用域

在全局作用域和动态作用域的情况下，跨越程序整体的变量内容对照表为多个函数共用，如同多人同时作业时共用白板一样。因此，函数 yobu 中改写的内容也能立刻被函数 yobareru 读取到。改写的值能被读取到是件好事，但同时也存在不希望读取到改写的值的情况。这就是动态作用域的问题点。该如何解决这一问题呢？

为函数 yobu 中临时使用的变量创建的变量内容对照表，被放在了共用的空间里，因此大家都能读取到。如果不这样做会怎样？即每调用一个函数时就创建新的对照表。就像大家每个人都使用各自桌面上的便签纸，而不是在共用的白板上做记录一样。

动态作用域中的对照表能被全部代码读取

首先，我们来看动态作用域中的代码行为。最初全局对照表中记录了“x 等于 global”（图 7.2）。

图 7.2　写入全局对照表

函数 yobu 中也使用了相同名字的变量 x，怎么做到不改写原来的全局变量 x 中的值呢？之前我们讨论过，把原来的值通过另一个变量名保存起来，之后再写回原来的变量名，用这种方法可以解决。通过创建新的对照表同样可以解决（图 7.3）。

图 7.3　动态作用域下，将记录写入一张全局可见的新的对照表中

使用动态作用域定义局部变量 x，要执行以下三个操作。

• 进入函数 yobu 时，准备新的对照表。

• 函数 yobu 写入变量 x 的值记录在该对照表中。

• 退出函数 yobu 时，作废该张对照表。

动态作用域中创建的对照表可以被全体的源代码读写，这是和静态作用域的一点很大的区别。

执行到函数 yobareru 中参照变量 x 时，还未退出函数 yobu，该张新的对照表还有效。于是程序首先读取这张新的对照表，返回其中记录的内容 yobu（图 7.4）。需要访问该张对照表中没有记录的变量时，就要翻转到下一张对照表，也就是全局对照表进行查找。

图 7.4　参照变量时按照由近及远的顺序读取

静态作用域按函数区分对照表

多个函数共用一张对照表，这是动态作用域的问题点。那就按函数来区分对照表吧。此时程序执行以下三个操作。

• 进入函数 yobu 时，准备函数 yobu 专用的新的对照表。

• 函数 yobu 写入变量 x 的值记录在该对照表中。

• 退出函数 yobu 时，作废该张对照表 7。

7为了不招致误解需要说明一下。在从函数 yobu 中退出前，又一次进入函数 yobu 的情况也有，这时会如何？为了不使二次执行给首次执行带来影响，需要为二次调用创建第二张对照表。这里说明的三个操作是在没有递归调用的情况下退出函数 yobu 前不会再次调用函数 yobu。但一般情况下存在多次递归调用的可能性，这就需要不止一张对照表，而是要为每次函数调用配备一张对照表。

在函数 yobu 中改写变量 x 的值时，该记录被写入函数 yobu 专用的对照表中（图 7.5）。

图 7.5　静态作用域中函数各自的对照表

随后执行到函数 yobareru 中 参照变量 x 时，要访问的不是函数 yobu 专用的对照表，而是函数 yobareru 专用的对照表。这张对照表中因为没有写入函数 yobu 改写的变量值，所以全局变量的值会被读取出来（图 7.6）。

用代码来表示就是下面的样子。

Perl
$x = "global";

sub yobu{
my $x = "yobu"; # 此处从local改为my
&yobareru();
}

sub yobareru{
print "$x\n";
# ↑输出「global」
}

&yobu();

这个例子实现了一种有效作用范围，使得函数 yobu 中的变更不会影响到函数 yobu 之外的部分。它借助的就是静态作用域 8。

8静态作用域也叫字面作用域（lexical scope），因为函数 yobu 中创建的变量的有效范围（作用域）与函数 yobu 在字面上范围是一致的。

这个不是很普通吗？估计有很多人会这样想。没错！现在很多语言都采用了静态作用域。

图 7.6　yobareru 本地没有定义名字 x 故读取全局变量

相对于只有全局作用域的状态，动态作用域体现了一种进步。有了动态作用域，不再需要担心万一别处也使用了名字 i，也不再需要为避免冲突而把自己使用的变量名写在稿纸上，可以安心地使用简短的变量名。然而，动态作用域也有无能为力的地方，为解决这个问题开发出了静态作用域。

现在说全局变量不好或谈避免全局污染的原因就在于此。但是，明明有减小作用范围的标准功能不用而致使问题产生，这是非常不明智的。