没有变量，只有名字

Python 中的变量看似很简单，实际关乎到很多概念，今天就来聊聊 Python 的变量。

什么是变量

什么是变量，以及为什么需要变量其实无需过多解释。我们在小学阶段学习数学的时候已经遇到过类似的情况，使用一个字符，比如 x 来代替未知的一个数。

计算机编程中的变量本质作用也是一样的，用一个 标识符（名字） 来指代某个 值（Value）。

需要区分的是，数学中的 x 符号替代的一般是一个待解的未知量或者常量，而编程中的变量更多情况下是程序运行过程中变化的量。此外，编程中的等号 = 不是表示两边相等，而是表示把右边的值 赋值 给左边的变量名。

所以理解赋值，就是理解变量的关键了。

变量是盒子吗？

很多教程在介绍变量的时候，把变量比喻成盒子，赋值就是往盒子里面放各种东西，变量名就是在盒子上写的标记。

这个比喻在某些编程语言里是比较贴切的，比如 C 或 Java，但是在 Python 中却并非如此。

假如 Python 变量是盒子，让我们不妨先来思考两个问题：

1. Python 中的变量无需事先声明，为什么？
2. Python 的变量赋值无需考虑对象的类型，为什么？

这两个问题没法用“盒子”来自圆其说。除此之外，学习到后面还有更多的情况没法用 “变量是盒子” 来解释。

正确地比喻，Python 的变量应该是标签纸，所谓赋值就是把标签贴在物体上，标签上写的名字就是变量名。

然而这毕竟是一个比喻，它虽然有助于我们理解问题，但是要想彻底的掌握 Python 中变量的概念，我们还是有必要继续探究一下。

没有 variable，只有 name

变量，是英文 variable 的直译。

如果用 variable 在 Python 的官方文档中索引这个关键字，你会发现并没有哪一章的标题是 Variable。

索引出来的唯一一个的文档的标题是：4.2. Naming and binding，也就是 命名 和 绑定。这个标题已经道出了 Python 变量的本质。

细心的小伙伴可能注意到，索引列表上的 free 字段。事实上，将我们引导至此的关键字是 free variable，即 自由变量，后面讲到变量作用域和闭包的时候还会重点介绍它。

整个 4.2 这一节文档虽然篇幅不大，但是透彻地介绍了 Python 中变量的若干重要概念，强烈建议仔细阅读。不想自己看文档的请继续听我来解释。

变量的三要素

既然没有 variable，那我们在讨论 变量 的时候实际上是在讨论什么呢？ 还是看文档：

Names refer to objects. Names are introduced by name binding operations.

短短一句话就给出了关于 变量 的 3 个元素：

1. Name， 名字
2. object，对象
3. binding， 绑定

名字（name） 指向 对象（object） ，由 绑定（binding） 操作引入。

如何理解呢？

让我们先来解释什么是对象。

什么是对象

在 Python 里有句很著名的话：一切皆对象（Everything is object）。

关于 object，Python 文档术语这么解释的：

object

Any data with state (attributes or value) and defined behavior (methods).

即:

任何有状态（属性或值）和定义行为（方法）的 数据。

Python 文档在解释数据模型时是这么说的:

Objects are Python’s abstraction for data. All data in a Python program is represented by objects or by relations between objects.

对象是 Python 对数据的抽象。Python 程序中的所有数据都可以表示为对象或者对象之间的关系。

技术人不打诳语，这里的一切真得就是指的一切。你已经学到或将要学的很多东西，都是对象，包括：数字、字符串、列表、元组、集合、字典、函数、类、模块等。

当然，Python 编程中还有很多不属于对象范畴的东西，比如关键字，表达式，条件语句，循环语句等语法。

从开始就说起的 赋值，其中的 值，指的就是 对象的值。

但是一般情况下，我们不会这么扣字眼，所以通常当提到 值/数据/对象 的时候，指的都是同一个概念。

接下来，我们从什么是数据的层面来理解什么是对象。

对象的三个基础属性

对程序来说，数据都是以二进制形式存在内存中的信息。

关于什么是二进制，以及内存的原理都是计算机专业的入门课程，这里就不展开了。提及它们的原因是它们决定了数据的另外两个必需属性:

1. 数据必须要有类型，不然都是 0 1 代表什么意思呢？
2. 内存中的数据有唯一的地址，不然怎么去定位数据呢？

于是我们就凑齐了对象的三个基础属性，看看文档是怎么说的：

Every object has an identity, a type and a value.

关于 value 和 type 没什么好解释的了，唯有 identity 还需要额外说明下:

An object’s identity never changes once it has been created; you may think of it as the object’s address in memory.

可以这么去理解，因为内存地址过于暴露底层细节，所以 Python 其实是利用了内存地址的唯一性来为对象创建唯一的 ID。

对象是 Python 中非常重要的概念，后续还会深入介绍，请保持关注。

名字是什么

说完了对象再来说说名字，术语又叫 标识符（Identifier）。

名字语法规则很简单：

• 除了下划线和大小写字母，其它乱七八糟的符号都不能用
• 可以有数字但是不能以数字开头
• 下划线开头的名字有一点特殊
• 不能用 Python 保留的 关键字
• 区分大小写

规则简单，但是想要取好名字可没有看上去那么简单。如何命名和理解变量无关，以后再专门讨论，本文就此略过。

绑定的方式

有了对象和名字，下面就是如何把这两者 绑定（Binding）

把对象绑定到一个名字上的最常见的方式是 赋值语句（Assignment statement），这也是通常介绍变量的教程中唯一提到的形式。

实际上，以下行为都是在做名字绑定：

• 函数传参
• def 定义函数
• class 定义类
• for 语句
• import 语句
• with ... as 语句
• except ... as 语句

这些语句绑定的名字和赋值语句产生的名字（变量）在使用的时候并没有本质差别。

理解了这些之后，再回头去看把数字、字符串不同类型的值赋给同一个变量名，就没什么意外的了。只是名字绑定的一小部分特例而已。

变量是什么

介绍完了 3 个重要概念：

1. 名字
2. 对象
3. 绑定

可以用它们来凑出变量的定义：变量是 绑定了对象的名字。

虽然得出这么一个定义，但是还剩最关键的问题没有解释清楚。我们前面罗列的各种操作它们都在绑定，但是 绑定到底是在干什么？，

变量的本质

下面的语境中，名字和变量是同义词。

当名字出现在绑定语句之外的地方，它们代表的是什么呢？

比如下面这个最简单的赋值语句，左侧的 x 我们已经理解了，它是一个名字，先后被赋值（即被绑定）两次，右边那个 x 现在是什么？

x = 1
x = x + 2

你的第一反应肯定是想，不就是被绑定的那个对象吗？（我的第一反应也是这样的）

让我换个更具体的问法：

假设用 Python 中的字典结构来保存变量信息，Key 显然是 变量名字，那么对应的 Value 是什么？

直观的感觉确实应该就是 对象，然而实际 并不是 ！

Value 保存的其实是 对象的引用。

如果是保存的是对象本体，那变量是盒子的比喻就没毛病了。

对象引用是什么

我们前面说了，每个对象在内存中都有唯一的地址，可以这么理解：

Python 内部在处理绑定的时候保存的是对象的地址，但是让我们在使用的时候看到的是对象。

也就是说，当我们把名字/变量传递出去的时候，接受方收到的也是对象的地址，并不会去复制或改变对象本体。

a = []
b = a      # b 和 a 绑定的是同一个列表对象

说起来很抽象，但其实这是非常自然的做法，举个现实中的例子：

假设我的频道或公众号 DavyCloud 你很喜欢，你订阅或者是分享给你的朋友:

channel = "DavyCloud"
subscribed += channel
share(channel, to)

显然，不论多少人关注，DavyCloud 本体自始至终只有一个。那么出现在大家订阅列表里的，就是我的频道的引用。

由此可见，对象引用实际上是一个很符合现实世界的形式，我们真的不用过多关心底层的内存地址这些细节。

变量和可变对象

当然，在你订阅之后，我的频道确实也发生了改变（订阅人数增加），这说明频道这个对象是 可变的（mutable）。相对应的还有 不可变的（immutable） 对象。这里的 变 指的是对象本身的值发生了变化。

和变量做个对比：

通过赋值（也可以是其它绑定操作）改变变量的时候，变的是绑定关系，也可以看成是对象 id 变了（因为每个对象的 id 都不一样）

绑定操作没有办法改变对象本身的，只能通过改变对象的属性来改变对象，也就是对象的 id 前后保持不变，但是值发生了变化。

获取对象的属性操作，例如 obj.attr 完全可以看成是一种另类的变量名，所以赋值操作和普通变量是一样的。

解绑和删除

有绑定自然就有解绑。绝大多数的解绑操作是隐藏的。

当对一个变量重新赋值，绑定到了新对象上，其实背后自然就是解绑了旧的对象。

变量自己是不会去关心旧对象的，只有 Python 在内部记录下情况，旧对象的引用数减少了。

对象的引用计数是 Python 语言的内部实现，并不属于对象的属性。这点和前面的频道订阅数是不一样的。

当一个对象的引用计数减少为 0，这个对象就要面临被垃圾回收的命运，即把它占用的内存释放出来。

主动的解绑操作是通过 del 语句实现的，如果不理解变量，可能看到这个名字会以为是把对象删除了。

通过我们上面的分析，现在应该明白，del 删除的其实只是 变量，即 名字 和 对象引用，所以有 2 个后果：

1. 被删掉的名字不再可用，如果再试图访问会报 NameError
2. 对象的引用计数减 1，如果对象的引用数为 0，它会被垃圾回收

小结

本文深度分析了 Python 中变量的概念，指出了变量是由三种元素组成：

• 名字
• 对象
• 绑定

因为涉及知识点较多，为了专注于变量本质，有些地方粗略带过。

费了这么多篇章，实际只讲解完了 4.2.1. Binding of names 中的几句话。文档中解释变量作用域的部分，留待以后再详述。

本文主要以抠字眼讲概念为主，后面会补充更多实例。透彻理解变量的本质，介绍起 Python 中的很多语法概念也将会变得很轻松。

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