为何`nonlocal`关键字无法将外部作用域变量传递至调用模块？

问题场景 #

我们有以下三段代码：
A.py

from B import call

def make_call():
    print("I'm making a call!")
    call(phone_number="867-5309")

B.py

def call(phone_number):
    pass

test_A.py

import pytest

from A import make_call

@pytest.fixture
def patch_A_call(monkeypatch):
    number = "NOT ENTERED"
    number_list = []
    def call(phone_number):
        nonlocal number
        number = phone_number
        number_list.append(phone_number)

    monkeypatch.setattr("A.call", call)
    return (number, number_list)


def test_make_call(patch_A_call):
    make_call()

    print(f"number: {patch_A_call[0]}")
    print(f"number_list: {patch_A_call[1]}")

运行测试后得到的实际输出：

number: NOT ENTERED
number_list: ['867-5309']

原本期望两者的值都是"867-5309"，但字符串变量未更新，列表却正常变化，这背后的原因如下：

核心原因 #

1. 不可变类型与可变类型的本质差异 #

• 字符串是不可变类型：当执行number = phone_number时，并不是修改原来的"NOT ENTERED"字符串对象，而是让fixture作用域里的number变量重新指向了一个新的字符串对象"867-5309"。但fixture返回的元组中第一个元素，是最初那个"NOT ENTERED"对象的引用，这个引用不会因为后续变量的重新指向而改变。
• 列表是可变类型：number_list.append(phone_number)是直接修改了列表对象本身的内容，fixture返回的元组中第二个元素始终指向这个列表对象，因此能看到更新后的结果。

2. fixture返回时机的影响 #

fixture中的return (number, number_list)语句在patch函数定义完成、monkeypatch设置完毕后就已经执行，此时number的值还是"NOT ENTERED"。后续测试函数触发patch后的call函数时，nonlocal number确实能让内部函数修改fixture作用域里的number变量，但这种修改只是变量的重新绑定，不会改变之前返回的元组中已存在的引用指向。

解决方法 #

如果想让字符串变量的更新能被测试函数感知，可以用可变容器包裹它：

方法1：用列表包裹字符串 #

修改fixture代码：

@pytest.fixture
def patch_A_call(monkeypatch):
    number = ["NOT ENTERED"]  # 用列表包裹字符串
    number_list = []
    def call(phone_number):
        number[0] = phone_number  # 修改列表内部元素，而非重新绑定变量
        number_list.append(phone_number)

    monkeypatch.setattr("A.call", call)
    return (number, number_list)

测试函数中访问更新后的值：

def test_make_call(patch_A_call):
    make_call()

    print(f"number: {patch_A_call[0][0]}")
    print(f"number_list: {patch_A_call[1]}")

方法2：用自定义类存储值 #

class ValueHolder:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

@pytest.fixture
def patch_A_call(monkeypatch):
    number = ValueHolder("NOT ENTERED")
    number_list = []
    def call(phone_number):
        number.value = phone_number  # 修改类实例的属性
        number_list.append(phone_number)

    monkeypatch.setattr("A.call", call)
    return (number, number_list)

测试函数中访问更新后的值：

def test_make_call(patch_A_call):
    make_call()

    print(f"number: {patch_A_call[0].value}")
    print(f"number_list: {patch_A_call[1]}")

内容的提问来源于stack exchange，提问作者AmagicalFishy