如何在函式內直接改變全域變數？

不經由函式參數而直接在函式內使用全域變數 (global variable)，在絕大部分的情況下都不建議這種方式。但可藉著這個問題來說明全域變數，更進一步的解釋什麼是作用範圍 (scope)。

• C 語言的全域變數：

  • 在所有函式或程式碼區塊外宣告或直接定義的變數，稱為全域變數 (global variable)。在程式的所有位置 (例如：函式內，或 for迴圈區塊內) 都可以使用或改變這變數，稱這變數有全域範圍 (global scope)。
  • 全域變數通常是放在程式碼的前面或標頭檔案 .h 內宣告。
  • 如果全域變數定義在檔案 file1.c
    int myGlobal = 10;
    在另一檔案 file2.c 使用或改變這全域變數前，要用 extern 先宣告。
    extern int myGlobal;

  另外說明：函式的使用也同樣要遵循這規則，在另一檔案使用函式前，要用 extern 先宣告。但如果函式已經在標頭檔案 .h 內宣告，而這程式碼檔案 有 #include 標頭檔案，就不需要另外用 extern 宣告，這也是通常建議的方法。

  舉例說明：

  #include <stdio.h>
  
  int myGlobal = 10; // 全域變數
  
  void myFunc() {
      myGlobal += 3;
      printf("在函式內, myGlobal = %d\n", myGlobal);
  }
  
  int main() {
      printf("執行函式前, myGlobal = %d\n", myGlobal);
      myFunc();
      printf("執行函式後, myGlobal = %d\n", myGlobal);
      return 0;
  }
  
  /* 輸出:
  執行函式前, myGlobal = 10
  在函式內, myGlobal = 13  
  執行函式後, myGlobal = 13
  */
  

• Python 的全域變數：

  • 在函式以外宣告的變數稱為全域變數 (global variable)，它的作用範圍 (scope) 為整個程式碼。在程式的所有位置都可以使用這變數，但不建議在函式內直接使用全域變數。

  • 如果在函式內要改變全域變數的值，要先用 global 宣告這變數。

    my_global = 10          # my_global 是 全域變數
    for num in range(3):    # num 也是 全域變數
        print(num, end=' ')  
    
    def main():
        my_var = 5
    
        my_function()
        print("全域變數: ", my_global)    # 全域變數:  13
        # print(f"區域變數: {my_local}")  # NameError. 不可使用my_function()的區域變數
    
        print("在for迴圈內, num =", end=' ')
        for num in range(my_var):  # Pylint, W0621:redefined-outer-name. (和函式外面的全域變數 num 同名)
            print(num, end=' ')          
        print(f"\n在for迴圈外, num = {num}")    # 在for迴圈外, num = 4  
    
    def my_function():
        my_local = 3
        global my_global  # 如要改變全域變數的值，就要用 global 宣告
    
        my_global += 3    # 如沒用 global 宣告, 會產生錯誤 UnboundLocalError
        print(f"在函式內, my_global = {my_global}")  # 在函式內, my_global = 13
        print(f"在函式內, num = {num}")              # 在函式內, num = 2, (這是全域變數)
        # print(f"在函式內, my_var = {my_var}")  # NameError. 不可使用main()的區域變數
    
    if __name__ == '__main__':
        main()
    

作用範圍 (scope)

前面我們有談到 全域變數 (global variable) 和 全域範圍 (global scope)，接著要更完整介紹整個作用範圍 (scope) 。

作用範圍 (scope) 指的是變數、常數、函式或其他定義語句可以「被存取得到」的範圍。

• C 語言的作用範圍

  • C 語言的區塊 (block) 就是任何以大括號 { .... } 包起來的區域，例如：函式區塊、 if 區塊、for 區塊、while 區塊等

  • C 語言的區域變數 (local variable) 是指 函式內或 區塊內 宣告的變數，或是參數列的參數。
    例如：

    for(int i = 0; i < 100; i++) { int num; ... }

    區域變數 i 和 num 作用範圍只在區塊內。而在迴圈執行完畢後，就不再有效。

  • 在C語言中，如何在函式執行結束後，仍可以保留區域變數的結果？

    只要在區域變數宣告前加上 static 成為靜態變數 (static variable)，它只初始化一次，函式執行結束後，靜態變數的值也會被保留，下次再執行函式時，靜態變數將保持上一次的值。
    例如：

    #include <stdio.h>
    
    void myFunc() {
        static int count = 0;  // static variable
        count += 3;
        printf("count = %d\n", count);
    }
    
    int main() {
        myFunc();   // count = 3
        myFunc();   // count = 6
        myFunc();   // count = 9
        return 0;
    }
    

• Python的作用範圍

  • Python 定義了四種作用範圍，從內而外分別是區域 (local)、閉包 (enclosing) 、全域 (global) 和 內置預設 (built-in) 。
    • 閉包範圍 (enclosing scope) 是一特殊作用範圍，只存在前篇文章介紹的巢狀函式。
    • 內置預設範圍 (built-in scope) 簡單的說是指內建的函式 (如 print(), len()) 、內建的型態 (如 int, list, bool) 等內建物件，不需要 import，在程式碼任何位置都可使用。
  • Python 的區域變數 (local variable) 是指 函式內的變數，或是函式參數。
  • 迴圈或條件判斷區塊內定義的變數在區塊外仍然可用。這和 C 語言不一樣。

  for i in range(3):
      a = i + 3
      print(i)
  
  print(f"在for迴圈外, i = {i}")  # 在for迴圈外, i = 2
  print(f"在for迴圈外, a = {a}")  # 在for迴圈外, a = 5
  

  • 最後，用這例子說明類別 (class) 的變數作用範圍：

  class A_class:
      x = 6
  
      def output(self, x):  # 這是較好的方式
          print(x)        # 30, x 是參數
          print(self.x)   # 6, self.x 是 類別變數
  
      def test(self):  # 不建議的方式
          print(x)       # 13, x 是全域變數, 如沒定義全域變數 x = 13, 則會產生錯誤 NameError
          print(self.x)  # 6, self.x 是 類別變數        
  
  
  def my_func():
      x = 30
      a = A_class()
      a.output(x)     # 將區域變數 x 設為參數
      a.test()
  
   x = 13
  my_func()