Программирование на Python открывает перед разработчиками множество инструментов для организации кода. Один из таких инструментов — это глобальные переменные.
Эксперты рекомендуют 
Школа Больших Данных
VIP: Визуализация данных на языке Python
72 000 ₽
32 часа
Школа онлайн-программирования Хекслет
Профессия "Python-разработчик"
от 109 000 ₽
139 000 ₽
647 часов
Университет Иннополис
Профессия «Python-разработчик»
55 000 ₽
144 часа
IThub college
Информационная безопасность и системное администрирование
450 000 ₽
4426 часов
SkyPro
Python-разработчик с нуля (с гарантией трудоустройства)
от 4 155 ₽
340 000 ₽
Академия АйТи
Разработчик Python, с нуля до знаний Middle
70 000 ₽
262 часа
Определение
Глобальная переменная в Python — это переменная, которая определена в основном пространстве имен программы, а не внутри функций или классов. Это означает, что она доступна в любой точке, где не была переопределена.
Отличие от локальных переменных
| Характеристика | Глобальная | Локальная |
| Область видимости | Вся программа | Только в рамках функции или блока |
| Доступность | Доступна в любой функции, если используется global | Доступна только внутри своей функции |
| Изменяемость | Может быть изменена с применением global | Изменяется только внутри своей функции |
| Влияние на производительность | Меньше, но есть риск неконтролируемых изменений | Лучше для изоляции и защиты информации |
Альтернативы
1. Передача через параметры функций
Преимущества:
- Улучшение читаемости кода.
- Упрощение тестирования функций.
- Предсказуемость преобразований.
- Изоляция информации между различными частями.
- Возможность применения разных наборов без изменения основной логики.
- Упрощение выявления ошибок.
Особенности:
- Функции получают только необходимые данные.
- Преобразования ограничены областью действия функции.
- Уменьшается вероятность случайных изменений.
- Легче контролировать поток.
- Упрощается отладка и тестирование.
- Минимизация зависимостей между частями программы.
2. Использование классов и объектов
Преимущества:
- Инкапсуляция.
- Упорядочивание и структурирование кода.
- Улучшение управления состоянием программы.
- Переиспользуемость кода.
- Легкость в расширении и модификации.
- Более высокое качество тестирования благодаря изолированным методам.
Особенности:
- Классы позволяют структурировать данные и методы.
- Объекты хранят состояние, доступное через методы.
- Состояние более легко отслеживается.
- Легче поддерживать код в масштабируемых проектах.
- Упрощается расширение функциональности.
3. Использование конфигурационных файлов
Преимущества:
- Хранение параметров вне кода.
- Упрощение изменения настроек без необходимости модификации программы.
- Поддержка различных конфигураций для разных сред.
- Более легкое управление настройками в больших приложениях.
- Способность динамически изменять параметры.
- Поддержка удобных форматов, таких как JSON, YAML или INI.
Особенности:
- Легко изменять настройки без редактирования кода.
- Настройки можно хранить в отдельных файлах.
- Удобство работы с конфигурациями в разных средах.
- Улучшенная гибкость для администраторов и разработчиков.
- Централизованное хранение конфигураций.
- Легкость в организации и структурировании параметров.
4. Использование замыканий
Преимущества:
- Инкапсуляция внутри функции.
- Состояние передается только через замыкания.
- Минимизация риска случайных преобразований.
- Повышение предсказуемости работы программы.
- Сохранение информации для последующего использования.
- Легкость в поддержке независимых модулей.
Особенности:
- Повышается контроль за состоянием информации.
- Код становится более компактным и логичным.
- Упрощается управление зависимостями.
- Замыкания помогают избежать множества глобальных переменных.
- Легкость в интеграции с другими функциями.
5. Использование баз данных
Преимущества:
- Надежное и масштабируемое хранение.
- Возможность централизованного управления.
- Легкость в обеспечении безопасности.
- Поддержка эффективного доступа.
- Совместимость с различными системами.
- Механизмы для синхронизации в многопользовательских приложениях.
Особенности:
- Совместимость с различными типами данных.
- Легкость в реализации многозадачности и синхронизации.
- Возможность масштабирования при необходимости.
- Обеспечение безопасности через механизмы контроля доступа.
- Легкость в интеграции с другими системами и приложениями.
6. Использование синглтонов
Синглтон — это паттерн проектирования, который гарантирует, что класс будет иметь только один экземпляр, доступный во всей программе.
Преимущества:
- Управление через один объект.
- Легкость в контроле за состоянием программы.
- Централизованное хранение информации.
- Предотвращение создания нескольких экземпляров объекта.
- Простота в поддержке и расширении программы.
Особенности:
- Только один экземпляр класса существует в программе.
- Все сведения централизованно хранятся в одном месте.
- Упрощается управление состоянием.
- Улучшается контроль за преобразованиями.
- Легкость в поддержке и расширении функциональности.
Механизм работы с через global
| Характеристика | Без global | С global |
| Что происходит при изменении | Python создает локальную с таким же именем | Изменяется именно глобальная, а не создается локальная |
| Где доступна | Только внутри функции, если не передана как аргумент | Доступна во всей программе, изменена в глобальной области видимости |
| Нуждается ли в явном объявлении | Не требует явного указания, если не используется | Требует использования ключевого слова global для изменения |
| Влияние на другие части | Не влияет на значение, изменение ограничено | Изменение влияет на все части, использующие эту переменную |
| Использование в многозадачных приложениях | Локальная не вызывает проблем с синхронизацией, так как она существует только внутри функции | Потенциальные проблемы синхронизации при параллельном доступе к глобальной переменной в многозадачных приложениях |
| Прочность данных | Значение изменяется только в пределах функции, не затрагивает другие части программы | Глобальная переменная может быть случайно изменена другими частями программы, что усложняет отслеживание состояния данных |
| Управление состоянием | Локальные обеспечивают более точный контроль над состоянием | Могут сделать управление состоянием менее предсказуемым и сложным для отладки |
Преимущества и недостатки
Преимущества
- Упрощение доступа к данным: Позволяют хранить данные, доступные в любой части программы, что облегчает работу с общими значениями.
- Меньше кода: Отсутствие необходимости многократной передачи данных между функциями, снижая объем кода.
- Гибкость при изменении значений: Позволяют легко изменять значения, которые автоматически отражаются везде, где они используются.
- Удобство для крупных проектов: Помогают централизованно хранить конфигурации и данные, доступные во множестве модулей.
- Обеспечение постоянства данных: Могут хранить постоянные значения, доступные на протяжении всего выполнения программы.
Недостатки
- Сложность отладки: Могут привести к трудным для отслеживания ошибкам, так как их значение может изменяться в разных частях.
- Проблемы с многозадачностью: В многозадачных приложениях могут вызывать гонки данных, если несколько потоков одновременно изменяют одну и ту же переменную.
- Нарушение инкапсуляции: Нарушают принцип инкапсуляции данных, делая их доступными для изменений в любой части.
- Проблемы с читаемостью кода: Большое количество переменных усложняет понимание и поддержку кода, особенно если изменения происходят в разных местах.
- Проблемы с тестируемостью: Усложняют тестирование, так как их изменения могут влиять на другие части и тесты.
- Отсутствие изоляции модулей
- Часто создаются зависимости между модулями, что усложняет их изоляцию и повторное использование.
- Трудности с совместной работой команд
- В больших проектах несколько разработчиков могут вносить преобразования, что приводит к конфликтам и трудностям в координации при рефакторинге кода.
Советы и рекомендации
- Минимизируйте использование
Используйте их только там, где это действительно необходимо. - Будьте осторожны в многозадачных приложениях
В многозадачных или многопоточных приложениях избегайте использования данных без синхронизации, чтобы предотвратить гонки данных. - Именуйте данные четко и однозначно
Чтобы избежать путаницы, данные должны иметь уникальные и ясные имена. Это улучшает читаемость и предотвращает ошибки. - Рассмотрите использование классов для инкапсуляции
Вместо глобальных данных используйте классы или объекты для хранения информации, доступной в разных частях программы, что улучшит структуру кода. - Контролируйте изменения данных
Изменения значений следует контролировать через функции или методы, чтобы избежать ошибок и сохранить предсказуемость работы. - Тщательно тестируйте
Проводите юнит-тесты, так как изменения таких значений могут повлиять на разные части. Важно удостовериться в предсказуемости их состояния. - Используйте global с осторожностью
Когда необходимо использовать global, убедитесь, что это лучший выбор для вашего случая. Избегайте чрезмерного применения, чтобы не усложнять отладку.
Реальная история успеха
Один из примеров успешного использования связан с Python-разработчиком Алексеем, который работал в стартапе, создающем систему для обработки больших объемов данных. В этом проекте было необходимо хранить настройки конфигурации, которые должны быть доступны во всех модулях системы. Алексей решил использовать глобальные переменные для хранения этих значений.
Однако со временем он столкнулся с проблемами, связанными с тем, что глобальные переменные стали сложно контролировать. Каждый модуль мог изменять их, и это привело к ошибкам, которые трудно было отследить. После этого было принято решение использовать более изолированные подходы. Этот опыт показал, как важно контролировать использование глобальных переменных и минимизировать их влияние на другие части программы.
Заключение
Глобальные переменные являются мощным инструментом, который можно использовать в Python, но их следует применять с осторожностью. Понимание, когда и как использовать ключевое слово global, важно для поддержания чистоты и читаемости кода. Программистам необходимо помнить, что их чрезмерное использование может привести к проблемам с отладкой, производительностью и поддерживаемостью кода.
