Python 變數作用域完全指南｜深入解析 LEGB 規則、global、nonlocal！

1 1. 前言：什麼是 Python 的變數作用域？
2 2. 變數作用域的基本概念
3 3. Python 的作用域種類與範例
4 4. 變數作用域的查找順序（LEGB 規則）
5 5. 全域變數與區域變數的使用時機
6 6. 巢狀函式與 nonlocal 關鍵字
7 7. 常見的作用域錯誤與解決方式
8 8. 正確管理作用域的實用技巧
9 9. FAQ（常見問題與解答）
10 10. 總結

1. 前言：什麼是 Python 的變數作用域？

在學習 Python 的過程中，常常會遇到「變數的作用域（Scope）」這個概念。作用域是指變數可以被存取的範圍，如果沒有正確理解，可能會導致預期之外的錯誤或 Bug。例如，請看看下面這段程式碼：

def my_function():
    x = 10  # 這個變數 x 僅在函式內部有效

print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

這段程式碼中，試圖在函式 my_function 外部參考裡面定義的變數 x，結果導致錯誤。這是因為x 屬於「區域作用域」（Local Scope），在函式外部就不存在。本文將從 Python 的變數作用域基礎開始，詳細解說進階用法與錯誤排除方法，幫助你正確理解與管理作用域。

2. 變數作用域的基本概念

2.1 什麼是變數作用域？

變數作用域是指變數可以被使用的範圍。在 Python 中，變數定義的位置會決定它可以被參考的範圍。例如，在函式內定義的變數無法在函式外部存取。相對地，在模組層級定義的變數可以在整個腳本中使用。

2.2 為什麼要理解作用域？

如果沒有正確管理變數作用域，可能會導致以下問題：

不小心覆蓋變數 在不同作用域中使用相同名稱的變數，可能會造成預期外的 Bug。
找不到變數（NameError） 如果不了解作用域規則，試圖存取未定義的變數，就會出現 NameError。
程式可讀性降低 過度使用全域變數會讓程式邏輯變得不清晰，也更難除錯。

2.3 Python 作用域的基本規則

為了正確理解 Python 的作用域，請掌握以下幾個要點：

函式內定義的變數只在該函式內有效（區域作用域）
函式外定義的變數可在整個腳本中使用（全域作用域）
Python 使用「LEGB 規則」來決定變數的搜尋順序
若要在函式中修改全域變數，需使用 global 關鍵字
若要在巢狀函式中修改外層變數，需使用 nonlocal 關鍵字

透過妥善管理作用域，可以有效預防錯誤並提升程式的品質與效率。

3. Python 的作用域種類與範例

在 Python 中，變數的作用域大致可分為 四種類型。了解每一種作用域的特性並正確管理變數，是撰寫無錯誤程式碼的關鍵。

區域作用域（Local Scope）
包覆作用域（Enclosing Scope）
全域作用域（Global Scope）
內建作用域（Built-in Scope）

在本節中，我們將透過具體的範例來詳細說明這四種作用域。

3.1 區域作用域（Local Scope）

區域作用域是指在函式內部定義的變數所擁有的作用範圍。這些變數只在該函式內有效，無法在函式外部存取。

區域作用域範例

def my_function():
    x = 10  # x 是此函式的區域變數
    print(x)  # 這行會正常執行

my_function()
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

說明： 變數 x 僅在 my_function 執行期間有效，函式外部無法存取，否則會出現 NameError。

3.2 包覆作用域（Enclosing Scope）

包覆作用域是指巢狀函式中外層函式的變數作用範圍。內部函式（子函式）可以存取外部函式（父函式）中定義的變數。

包覆作用域範例

def outer_function():
    y = 20  # 父函式中的變數

    def inner_function():
        print(y)  # 子函式可以存取父函式的變數

    inner_function()

outer_function()

說明： inner_function 可以存取 outer_function 中的變數 y，這就是包覆作用域的特性。

3.3 全域作用域（Global Scope）

全域作用域是指整個模組（腳本）中都可以存取的變數作用範圍。在函式外部定義的變數，任何地方都能參考。

全域作用域範例

z = 30  # 全域變數

def my_function():
    print(z)  # 可以存取全域變數

my_function()
print(z)  # 在任何地方都可存取

3.4 內建作用域（Built-in Scope）

內建作用域是指Python 預設提供的內建函式與變數所屬的作用域。例如 print()、len() 等函式即屬於此範圍。

內建作用域範例

print(len([1, 2, 3]))  # 輸出：3

說明： print 與 len 是 Python 的內建函式，無論在哪個作用域都可以使用。

3.5 四種作用域總結

作用域名稱	說明	範例
區域作用域	僅在函式內部有效的變數	函式內的變數
包覆作用域	可由巢狀函式存取外層函式的變數	巢狀函式中的變數
全域作用域	整個腳本中皆可參考的變數	`global` 變數
內建作用域	Python 內建函式與變數	`print()`, `len()`

4. 變數作用域的查找順序（LEGB 規則）

在 Python 中，當你參考某個變數時，會依照特定的順序來查找變數。這個查找順序稱為 LEGB 規則（Local、Enclosing、Global、Built-in），查找順序如下：

L（Local）區域作用域 – 目前函式內定義的變數
E（Enclosing）包覆作用域 – 外層（巢狀）函式中定義的變數
G（Global）全域作用域 – 模組層級定義的變數
B（Built-in）內建作用域 – Python 預設提供的內建函式與變數

理解這個規則可以幫助你預測變數是從哪裡被解析的，進而避免錯誤的發生。

4.1 LEGB 規則的範例

x = "全域變數"  # G（Global）

def outer_function():
    x = "包覆變數"  # E（Enclosing）

    def inner_function():
        x = "區域變數"  # L（Local）
        print(x)  # 根據 LEGB 規則，會參考最內層的 x

    inner_function()

outer_function()
print(x)  # 參考全域作用域的 x

執行結果

區域變數
全域變數

4.2 全域作用域的影響

當你在函式內試圖修改一個全域變數時，如果沒有使用 global 關鍵字，Python 會認為你是在定義區域變數，這可能導致 UnboundLocalError 錯誤。

錯誤示範：在區域作用域中修改全域變數

x = 10  # 全域變數

def update_x():
    x += 1  # 發生錯誤
    print(x)

update_x()

錯誤訊息

UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

解決方式：使用 `global` 關鍵字

x = 10  # 全域變數

def update_x():
    global x  # 明確指定為全域變數
    x += 1
    print(x)

update_x()  # 輸出：11

4.3 使用 `nonlocal` 修改包覆作用域的變數

如果你想在巢狀函式中修改外層函式的變數（也就是 E 的部分），需要使用 nonlocal 關鍵字。

`nonlocal` 使用範例

def outer_function():
    count = 0  # 外層函式中的變數

    def inner_function():
        nonlocal count  # 指定要使用外層函式的變數
        count += 1
        print(count)

    inner_function()
    print(f"最終計數：{count}")

outer_function()

執行結果

1
最終計數：1

4.4 查找內建作用域的函式

Python 內建許多常用函式，如 print()、len() 等，這些函式存在於最外層的 內建作用域（Built-in Scope）。

覆蓋內建函式的錯誤範例

sum = 100  # `sum()` 是內建函式，但被變數覆蓋

print(sum([1, 2, 3]))  # TypeError: 'int' object is not callable

解決方式：刪除覆蓋的變數

del sum  # 移除覆蓋的變數
print(sum([1, 2, 3]))  # 正常執行

4.5 LEGB 規則總結

作用域	說明	範例
L（Local）	函式內定義的變數	`def func(): x = 1`
E（Enclosing）	外層函式中定義的變數	巢狀函式中的外層變數
G（Global）	模組層級（函式外）定義的變數	`x = 10`
B（Built-in）	Python 內建函式與變數	`print()`, `len()`

透過理解 LEGB 規則，你將能更清楚地掌握 Python 如何解析變數，有效避免常見錯誤。

5. 全域變數與區域變數的使用時機

在 Python 中，正確管理變數的全域作用域與區域作用域非常重要。若濫用全域變數，會降低程式的可讀性，並提高產生錯誤的風險。本節將詳細說明全域變數與區域變數的差異，以及如何正確使用。

5.1 什麼是全域變數？

全域變數（Global Variable） 是指在函式外部定義，整個腳本中都可以參考的變數。

全域變數範例

count = 0  # 全域變數

def increment():
    global count  # 使用全域變數
    count += 1

increment()
print(count)  # 輸出：1

5.2 什麼是區域變數？

區域變數（Local Variable） 是指在函式內部定義，只在該函式內有效的變數。

區域變數範例

def my_function():
    x = 10  # 區域變數
    print(x)

my_function()
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

5.3 什麼情況應該使用 `global` 關鍵字？

通常應該儘量避免使用全域變數，但在某些特定情況下，使用 global 是合適的。

適用情況

用來管理設定值或常數
當需要在多個函式之間共享變數時

範例：管理設定值

MAX_USERS = 100  # 全域變數（作為常數使用）

def print_max_users():
    print(f"最大使用者數量：{MAX_USERS}")

print_max_users()  # 輸出：最大使用者數量：100

5.4 不使用 `global` 管理變數的方法

與其使用全域變數，不如善用函式的參數與回傳值，這樣可以更安全地管理資料。

使用函式參數與回傳值

def increment(value):
    return value + 1

counter = 0
counter = increment(counter)  # 接收回傳值
print(counter)  # 輸出：1

5.5 全域變數與區域變數的比較總結

項目	全域變數	區域變數
定義位置	函式外部	函式內部
存取範圍	整個腳本皆可使用	僅限於定義的函式內
變更影響	可能影響所有函式	影響範圍較小
優點	可在任何地方存取	提升函式獨立性
缺點	變更難以追蹤	無法在函式外使用
建議用法	用於常數或設定值	盡量使用區域變數

✅ 最佳實踐：盡量減少全域變數的使用，優先使用區域變數。 ✅ 如需在函式間傳遞資料，建議透過函式參數與回傳值實現。

6. 巢狀函式與 `nonlocal` 關鍵字

在 Python 中，可以在一個函式內部定義另一個函式，這稱為巢狀（嵌套）函式。善用巢狀函式可以讓程式結構更清晰，同時更細緻地管理變數作用域。如果你想在巢狀函式中修改外層函式的變數，就需要使用nonlocal 關鍵字。本節將詳細說明 nonlocal 的用途與使用方法。

6.1 什麼是巢狀函式？

巢狀函式（Nested Function） 是指在函式內部定義的函式。

巢狀函式範例

def outer_function():
    def inner_function():
        print("這是內部函式")

    inner_function()  # 在外部函式中呼叫內部函式

outer_function()  # 輸出：這是內部函式

6.2 使用 `nonlocal` 修改外層變數

一般情況下，內部函式無法直接修改外部函式的變數。如果這樣做會發生錯誤。

錯誤範例

def outer_function():
    count = 0  # 外部函式的變數

    def inner_function():
        count += 1  # 發生錯誤
        print(count)

    inner_function()

outer_function()

解決方式：使用 `nonlocal` 關鍵字

def outer_function():
    count = 0  # 外部函式的變數

    def inner_function():
        nonlocal count  # 指定使用外層函式的變數
        count += 1
        print(count)

    inner_function()
    print(count)  # 內部修改後的值會反映到這裡

outer_function()

執行結果

1
1

6.3 `global` 和 `nonlocal` 的差異

關鍵字	影響的作用域	用途說明
global	整個模組的全域變數	從函式內部修改全域變數
nonlocal	外層函式的變數（包覆作用域）	在巢狀函式中修改外層變數

`global` 範例

count = 0  # 全域變數

def increment():
    global count  # 修改全域變數
    count += 1

increment()
print(count)  # 輸出：1

`nonlocal` 範例

def outer():
    count = 0  # 包覆作用域中的變數

    def inner():
        nonlocal count  # 修改外層函式的變數
        count += 1

    inner()
    print(count)  # 輸出：1

outer()

✅ global 用於修改全域變數。 ✅ nonlocal 用於在巢狀函式中修改外層變數。

7. 常見的作用域錯誤與解決方式

如果對 Python 的作用域理解不夠深入，可能會遇到以下問題：「變數未定義」、「意外改變變數的值」、「作用域使用錯誤」 等。本節將說明與作用域相關的常見錯誤原因及其對應的解決方法。

7.1 `UnboundLocalError`：在指定前參考變數

錯誤範例

count = 0  # 全域變數

def increment():
    count += 1  # 這裡會發生錯誤
    print(count)

increment()

錯誤訊息

UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment

解決方案 ①：使用 `global` 關鍵字

count = 0  # 全域變數

def increment():
    global count  # 明確指定使用全域變數
    count += 1
    print(count)

increment()  # 輸出：1

解決方案 ②：使用函式參數

def increment(count):
    return count + 1

count = 0
count = increment(count)
print(count)  # 輸出：1

7.2 `NameError`：變數未定義

錯誤範例

def print_message():
    print(message)  # 這裡會發生錯誤

print_message()

錯誤訊息

NameError: name 'message' is not defined

解決方式

請在函式中定義變數，或透過參數傳入。

def print_message(message):
    print(message)

print_message("你好")  # 輸出：你好

7.3 `TypeError`：使用與內建函式同名的變數

如果你定義的變數名稱與 Python 的內建函式相同，呼叫該函式時可能會發生 TypeError。

錯誤範例

sum = 100  # 覆蓋了內建函式 sum()

print(sum([1, 2, 3]))  # 這裡會發生錯誤

錯誤訊息

TypeError: 'int' object is not callable

解決方式

更改變數名稱

total = 100  # 使用 total 代替 sum
print(sum([1, 2, 3]))  # 正常執行

刪除被覆蓋的內建函式

sum = 100
del sum  # 解除覆蓋

print(sum([1, 2, 3]))  # 正常執行

7.4 預防作用域錯誤的最佳做法

✅ 盡可能使用區域變數（限制作用範圍可避免意外變更） ✅ 不要在函式內部修改全域變數（避免使用 global，建議使用參數與回傳值） ✅ 確認未使用與內建函式相同的變數名稱 ✅ 清楚規劃變數的作用範圍，並選擇適當的作用域

8. 正確管理作用域的實用技巧

妥善管理 Python 的作用域對於提升程式可讀性與避免錯誤來說非常重要。特別是濫用全域變數或管理不當，會導致程式行為異常並增加除錯難度。本節將介紹幾個實用的建議，幫助你更好地管理作用域。

8.1 儘量減少全域變數的使用

全域變數可以在任何地方被存取，這使得變數容易被意外修改。因此，建議將全域變數的使用降到最低。

錯誤示範：過度使用全域變數

counter = 0  # 全域變數

def increment():
    global counter  # 修改全域變數
    counter += 1

increment()
print(counter)  # 輸出：1

正確示範：使用參數與回傳值

def increment(value):
    return value + 1

counter = 0
counter = increment(counter)
print(counter)  # 輸出：1

8.2 清晰定義函式的作用域

透過適當管理函式內的變數範圍，可以限制變數的影響範圍，防止意外修改。

良好範例：活用區域變數

def calculate_square(number):
    result = number ** 2  # 區域變數
    return result

print(calculate_square(4))  # 輸出：16

8.3 正確使用 `global` 與 `nonlocal`

使用 `global` 的合適情境

用於設定值或常數的管理
需要保留狀態的變數（例如：單例模式）

MAX_USERS = 100  # 全域變數（作為常數）

def get_max_users():
    return MAX_USERS

print(get_max_users())  # 輸出：100

使用 `nonlocal` 的合適情境

在巢狀函式中需要修改外層函式的變數時

def outer():
    count = 0  # 外層函式變數

    def inner():
        nonlocal count  # 修改外層變數
        count += 1
        print(count)

    inner()

outer()  # 輸出：1

8.4 作用域管理檢查清單

✅ 函式內部使用的變數，是否都用區域變數？ ✅ 全域變數是否真的有必要？是否可以改用函式參數？ ✅ 函式間傳遞資料是否使用了參數與回傳值？ ✅ 是否過度使用 global 或 nonlocal？ ✅ 是否使用了與內建函式相同的變數名稱？ ✅ 是否有意識地規劃變數的作用範圍？ 善用這份檢查清單，可以幫助你在撰寫程式時避免作用域相關的問題，寫出更安全且易於維護的程式碼。

9. FAQ（常見問題與解答）

本節整理了關於 Python 變數作用域的常見問題， 透過問與答的形式解說，幫助你釐清誤解，深化實務理解。

9.1 不使用 `global`，要如何管理全域變數？

A：可透過函式的參數與回傳值來處理變數，避免修改全域變數。

def increment(value):
    return value + 1

count = 10
count = increment(count)
print(count)  # 輸出：11

✅ 這種作法讓函式更獨立，也提升了重用性。

9.2 `nonlocal` 和 `global` 有什麼不同？

A： `nonlocal` 是用來修改「包覆作用域」中的變數。

關鍵字	影響的作用域	使用場景
global	全域作用域	在函式內修改模組層級的變數
nonlocal	包覆作用域（外層函式）	在巢狀函式中修改外層函式的變數

`nonlocal` 的範例

def outer():
    count = 0  # 外層函式的變數

    def inner():
        nonlocal count  # 修改外層變數
        count += 1

    inner()
    print(count)  # 輸出：1

outer()

9.3 什麼是 `LEGB 規則`？

A：這是 Python 在搜尋變數時所依循的優先順序。

L（Local）： 函式內部定義的變數
E（Enclosing）： 巢狀函式的外層函式變數
G（Global）： 模組層級的變數
B（Built-in）： Python 的內建函式

LEGB 規則範例

x = "全域變數"  # G

def outer():
    x = "包覆變數"  # E

    def inner():
        x = "區域變數"  # L
        print(x)  # 根據 LEGB 規則，會輸出最內層的變數

    inner()

outer()
print(x)  # 參考全域變數

✅ 理解 LEGB 規則，有助於掌握 Python 的變數解析機制。

10. 總結

本文詳細說明了 Python 中的變數作用域（Scope）。透過理解與正確管理作用域，你可以避免 Bug 並撰寫更具可讀性的程式碼。

10.1 Python 作用域的基本概念

✅ 什麼是作用域？

決定變數可被存取範圍的規則。
區域作用域（函式內）與全域作用域（函式外）是最基本的分類。

✅ 為什麼要理解作用域？

防止變數被意外覆蓋。
避免變數未定義錯誤（如 NameError）。
提升程式碼的可讀性與除錯效率。

10.2 Python 的四種作用域

Python 中有4 種作用域，變數的搜尋順序依照LEGB 規則：

作用域	說明	範例
L（Local）	函式內定義的變數	`def func(): x = 1`
E（Enclosing）	外層函式中定義的變數	巢狀函式使用外層變數
G（Global）	整個模組中都可使用的變數	`x = 10`（函式外）
B（Built-in）	Python 預設提供的函式與變數	`print()`, `len()`

10.3 `global` 與 `nonlocal` 的正確用法

✅ 使用 global 的情境：

需要集中管理設定值或常數
在多個函式中共用相同變數

✅ 使用 nonlocal 的情境：

在巢狀函式內修改外層函式的變數

10.4 管理作用域的最佳實踐

✅ 盡量減少全域變數的使用，優先使用區域變數。 ✅ 函式間的資料傳遞，優先透過參數與回傳值。 ✅ 熟悉 LEGB 規則，意識變數的查找順序。

10.5 結語

正確理解與管理作用域，是提升 Python 編程實力不可或缺的一環。尤其是避免濫用全域變數、明確定義函式的作用範圍，可以讓你寫出更穩定、可維護的程式。掌握作用域，讓你的 Python 程式碼更安全、更專業、更易維護！ 🚀

Python 變數作用域完全指南｜深入解析 LEGB 規則、global、nonlocal！

1. 前言：什麼是 Python 的變數作用域？

2. 變數作用域的基本概念

2.1 什麼是變數作用域？

2.2 為什麼要理解作用域？

2.3 Python 作用域的基本規則

3. Python 的作用域種類與範例

3.1 區域作用域（Local Scope）

區域作用域範例

3.2 包覆作用域（Enclosing Scope）

包覆作用域範例

3.3 全域作用域（Global Scope）

全域作用域範例

3.4 內建作用域（Built-in Scope）

內建作用域範例

3.5 四種作用域總結

4. 變數作用域的查找順序（LEGB 規則）

4.1 LEGB 規則的範例

執行結果

4.2 全域作用域的影響

錯誤示範：在區域作用域中修改全域變數

錯誤訊息

解決方式：使用 global 關鍵字

4.3 使用 nonlocal 修改包覆作用域的變數

nonlocal 使用範例

執行結果

4.4 查找內建作用域的函式

覆蓋內建函式的錯誤範例

解決方式：刪除覆蓋的變數

4.5 LEGB 規則總結

5. 全域變數與區域變數的使用時機

5.1 什麼是全域變數？

全域變數範例

5.2 什麼是區域變數？

區域變數範例

5.3 什麼情況應該使用 global 關鍵字？

適用情況

範例：管理設定值

5.4 不使用 global 管理變數的方法

使用函式參數與回傳值

5.5 全域變數與區域變數的比較總結

6. 巢狀函式與 nonlocal 關鍵字

6.1 什麼是巢狀函式？

巢狀函式範例

6.2 使用 nonlocal 修改外層變數

錯誤範例

解決方式：使用 nonlocal 關鍵字

執行結果

6.3 global 和 nonlocal 的差異

global 範例

nonlocal 範例

7. 常見的作用域錯誤與解決方式

7.1 UnboundLocalError：在指定前參考變數

錯誤範例

錯誤訊息

解決方案 ①：使用 global 關鍵字

解決方案 ②：使用函式參數

7.2 NameError：變數未定義

錯誤範例

錯誤訊息

解決方式

7.3 TypeError：使用與內建函式同名的變數

錯誤範例

錯誤訊息

解決方式

7.4 預防作用域錯誤的最佳做法

8. 正確管理作用域的實用技巧

8.1 儘量減少全域變數的使用

錯誤示範：過度使用全域變數

正確示範：使用參數與回傳值

8.2 清晰定義函式的作用域

良好範例：活用區域變數

8.3 正確使用 global 與 nonlocal

使用 global 的合適情境

使用 nonlocal 的合適情境

8.4 作用域管理檢查清單

9. FAQ（常見問題與解答）

9.1 不使用 global，要如何管理全域變數？

A：可透過函式的參數與回傳值來處理變數，避免修改全域變數。

9.2 nonlocal 和 global 有什麼不同？

解決方式：使用 `global` 關鍵字

4.3 使用 `nonlocal` 修改包覆作用域的變數

`nonlocal` 使用範例

5.3 什麼情況應該使用 `global` 關鍵字？

5.4 不使用 `global` 管理變數的方法

6. 巢狀函式與 `nonlocal` 關鍵字

6.2 使用 `nonlocal` 修改外層變數

解決方式：使用 `nonlocal` 關鍵字

6.3 `global` 和 `nonlocal` 的差異

`global` 範例

`nonlocal` 範例

7.1 `UnboundLocalError`：在指定前參考變數

解決方案 ①：使用 `global` 關鍵字

7.2 `NameError`：變數未定義

7.3 `TypeError`：使用與內建函式同名的變數

8.3 正確使用 `global` 與 `nonlocal`

使用 `global` 的合適情境

使用 `nonlocal` 的合適情境

9.1 不使用 `global`，要如何管理全域變數？

9.2 `nonlocal` 和 `global` 有什麼不同？

A： `nonlocal` 是用來修改「包覆作用域」中的變數。

`nonlocal` 的範例

9.3 什麼是 `LEGB 規則`？

10.3 `global` 與 `nonlocal` 的正確用法