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O que são escopo léxico e escopo dinâmico e quais são suas principais diferenças?

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O escopo de uma variável determina em que partes do programa essa variável pode ser acessada. O exemplo mais simples (e mais conhecido) de escopo é o escopo global e o escopo local:

var x = 10;       // Escopo global - pode ser acessada em qualquer lugar, inclusive em f
function f() {
    var y = 20;   // Escopo local - pode ser acessada somente dentro de f
}

As linguagens de programação modernas suportam o conceito de estruturas aninhadas. Ou seja, uma estrutura de código contida em outra estrutura de código (em vez de estar no top-level):

class Foo {
    int x;
    void bar() { 
        int y;
    }

    class Baz { ... }
}

É nesse momento que surge uma dúvida: as estruturas "de dentro" têm acesso às estruturas "de fora" ou não? Cada linguagem implementa isso de uma forma.

var x = 0;

function foo() {
    var x = 10;
    return function() {
        return x;
    }
}
var bar = foo();

function baz() {
    var x = 20;
    bar();
}
baz(); // O que é retornado?

Escopo dinâmico

Nas linguagens com escopo dinâmico, as funções podem acessar qualquer variável presente na pilha de execução. No exemplo acima, como baz definiu x = 20 e depois chamou bar, bar pode acessar esse x, e seu valor será 20.

inserir a descrição da imagem aqui

Esse tipo de escopo está em desuso, já que é difícil acompanhar quais variáveis estão visíveis em cada momento, além de prejudicar o encapsulamento (i.e. uma chamada de função qualquer poderia a princípio modificar qualquer variável local da função chamadora). A grande maioria das linguagens modernas não utiliza esse tipo de escopo.

Escopo léxico

Nas linguagens com escopo léxico, o que conta é a estrutura "gramatical" do programa, ou seja, se no código-fonte uma estrutura está aninhada em outra, a de dentro pode acessar variáveis na de fora. No exemplo, bar está aninhada a foo, então ela pode acessar sua variável x - mesmo que foo já tenha retornado e não esteja mais na pilha.

inserir a descrição da imagem aqui

A figura acima é uma simplificação da Árvore Sintática Abstrata (Abstract Syntax Tree - AST) do código de exemplo. Repare que - num código bem identado - o nível de cada instrução nessa árvore correponde ao seu nível de identação no código-fonte. Na função anônima aninhada a foo, a variável x correponde à definição mais "próxima" na hierarquia de escopos (em verde).

A função anônima não define variáveis, foo define um x, e o top-level define x, foo, bar e baz. Como o x do foo está "mais próximo" que o x do top-level, ele é quem está acessível na função anônima. O x do baz nem é considerado - uma vez que ele não faz parte da hierarquia léxica - ainda que seja ele quem chama a função anônima (salva em bar).

Ou seja, é possível determinar com precisão quais variáveis estão acessíveis pela simples leitura do código-fonte, sem ter de visualizar mentalmente quem chama o quê e em que ordem.

Esse tipo de escopo é o mais comumente utilizado em linguagens modernas. Naquelas que permitem funções aninhadas (como no exemplo acima, em JavaScript), o acesso de uma função interna às variáveis locais da função externa é chamado closure (clausura), e exige uma "pilha espaguete" para ser possível. Outras, que não permitem funções aninhadas (como Java), ainda utilizam escopo léxico para determinar que as classes internas (inner classes) tenham acesso aos campos das classes externas (no segundo exemplo dessa resposta, a classe Baz tem acesso ao campo x da classe Foo).

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A partir do texto da Wikipedia(Lexical scope vs. dynamic scope):

O que é?

Em Ciência da Computação escopo é um contexto delimitante aos quais valores e expressões estão associados. Linguagens de programação têm diversos tipos de escopos. O tipo de escopo vai determinar quais tipos de entidades este pode conter e como estas são afetadas, em outras palavras, a sua semântica. Normalmente, o escopo é utilizado para definir o grau de ocultação da informação, isto é, a visibilidade e acessibilidade às variáveis em diferentes partes do programa.

Escopo léxico vs. Escopo dinâmico

O escopo léxico(ou estático) foi introduzido pela linguagem ALGOL 60. O escopo é assim denominado, porque pode ser determinado estaticamente, ou seja, antes da execução.

O escopo léxico define o escopo em termos da estrutura léxica do programa. Com escopo léxico, um nome sempre se refere ao seu ambiente léxico (mais ou menos) local. Esta é uma propriedade do texto do programa e é feita independente da pilha de chamadas em tempo de execução pela implementação da linguagem. Ou seja, O escopo léxico de uma declaração é a parte do texto do programa, onde a utilização do identificador é uma referência a essa declaração particular do identificador.

Pelo fato de esta correspondência só exigir a análise do texto do programa estático, este tipo de delimitação de escopo é também chamado de escopo estático.

O escopo estático é padrão em todas as linguagens baseadas na ALGOL, tais como Pascal, ADA e C, pois permite que o programador possa elaborar raciocínios sobre valores, parâmetros e referências a objetos (ou seja, variáveis, constantes, funções etc), como substituições de nome simples. Isso torna muito mais fácil fazer o código modular e se raciocinar sobre ele, já que a estrutura local de nomeação pode ser entendida isoladamente. Devido ao entendimento de que o escopo estático torna a programação mais confiável, há uma tendência a se rejeitar o escopo dinâmico.

Em contraste, o escopo dinâmico força o programador a antecipar todos os possíveis contextos dinâmicos nos quais o código do módulo pode ser invocado.

Com escopo dinâmico, cada identificador tem uma pilha global de vinculações. Introduzindo uma variável local com o nome de x empilha uma vinculação na pilha global x (que pode estar vazia), que estará desempilhada quando o fluxo de controle deixar o escopo. Avaliar x em qualquer contexto sempre produz a vinculação mais ao topo.

Em outras palavras, um identificador global refere-se ao identificador associado com o ambiente mais recente. Note-se que isso não pode ser feito em tempo de compilação, porque a pilha de vinculação só existe em tempo de execução, razão pela qual este tipo de delimitação é chamado de escopo dinâmico.

Considere esse exemplo feito em Pascal:

program A;

var I:integer; // Variável global
    K:char; --------------------------
                                      |  
    procedure B;                      |  
    var K:real; -----------------------
        L:integer;                    |
                                      | 
        procedure C;                  |
        var M:real;                   | 
        begin                         |
         (*escopo A+B+C*)             |
        end;                          |
                                      |
        procedure D;                  |
        var K:integer; ----------------
        begin
         (*escopo A+B+D*)
        end;

    begin
     (*escopo A+B*)
    end;
begin
 (*escopo A*)
end.

inserir a descrição da imagem aqui

A variável I é visível em todos os pontos, porque nunca é encoberta por outra variável de mesmo nome. A variável char K é visível apenas no programa principal, porque ela está encoberta pela variável K real visível no procedimento B, C e D apenas.

A variável L também é visível apenas nos procedimentos B, C e D, mas não esconde qualquer outra variável. A variável M é visível apenas no processo C e, portanto, não é acessível quer a partir do procedimento B, do procedimento D, ou do programa principal.

Além disso, os procedimentos C e D só são visíveis nos procedimentos B, C e D (C e D são procedimentos com o mesmo pai estático e portanto, enxergam uns aos outros), e, portanto, não podem ser chamados a partir do programa principal.

Além disso, poderia haver ainda outro procedimento C declarado no programa, fora do processo B. O lugar exato no programa em que C é chamado então determina qual procedimento C é chamado, e isto é precisamente análogo ao escopo de variáveis.

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O que significa escopo de uma variável?

O escopo de uma variável representa a área do programa onde esta é visível.

  • Uma variável é visível em um comando se puder ser referenciada naquele comando.
  • Uma variável é local a uma unidade de programa se for declarada nela.
  • Uma variável é não-local a uma unidade de programa se for visível mas não tiver sido declarada nela.

A vinculação do tipo de dados de uma variável pode ser especificada de forma estática (léxica) ou dinâmica.

Escopo estático (léxico)

Em linguagens de programação com escopo estático (ou léxico), o escopo é determinado através da estrutura textual do programa. Usando escopo estático (léxico), a vinculação de um nome no ambiente é determinada pelo seguinte algoritmo:

  1. Se o nome foi declarado no bloco de execução, aquela vinculação será usada. Caso contrário,
  2. Se o nome não foi declarado no bloco em execução, ele deve ser buscado nos blocos que o envolvem, do imediatamente envolvente até o mais distante. Se todos os blocos envolventes tiverem sido verificados e a declaração não encontrada,
  3. Se o nome está no ambiente global, aquela vinculação será usada, caso contrário não há vinculação para aquele nome no ambiente.

Pode-se informalmente dizer que o trecho de código onde um nome é visível é o bloco onde foi declarado e todos os blocos aninhados dentro dele, e por este motivo muitas vezes utiliza-se "escopo léxico" como sinônimo de "escopo estático".

Escopo dinâmico

Em linguagens de programação com escopo dinâmico, o escopo é determinado através da linha de execução do programa, sendo dependente portanto da ordem de execução das rotinas. Usando escopo dinâmico, a vinculação válida para um nome é a criada mais recentemente durante a execução do programa, baseado em sequências de chamadas de unidades de programas, não no layout textual.

Exemplo

x: integer
procedure print_x()
begin
    print(x);
end
procedure p2
x: integer;
begin
    x= 4;
    print_x();
end
begin
    x = 3;
    p2();
end

Se o escopo for dinâmico o programa imprime 4. Se o escopo for estático, o programa imprime 3.

Fonte: http://www.inf.puc-rio.br/~inf1621/escopo.pdf

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    Para mim foi a resposta que definiu com mais clareza e objetividade o que é cada uma e a diferença. +1
    – Joao Paulo
    Commented 17/09/2014 às 14:01

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