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詳解Python核心編程中的淺拷貝與深拷貝

更新時(shí)間：2018年01月07日 09:18:49 投稿：laozhang

本片文章給大家講述了Python核心編程中的淺拷貝與深拷貝的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，有需要的朋友跟著學(xué)習(xí)下吧。

一、問題引出淺拷貝

首先看下面代碼的執(zhí)行情況：

a = [1, 2, 3]
print('a = %s' % a) # a = [1, 2, 3]
b = a
print('b = %s' % b) # b = [1, 2, 3]
a.append(4) # 對a進(jìn)行修改
print('a = %s' % a) # a = [1, 2, 3, 4]
print('b = %s' % b) # b = [1, 2, 3, 4]

b.append(5) # 對b進(jìn)行修改
print('a = %s' % a) # a = [1, 2, 3, 4, 5]
print('b = %s' % b) # b = [1, 2, 3, 4, 5]

上面的代碼比較簡單，定義了一個(gè)變量a，它是一個(gè)數(shù)值[1, 2, 3]的列表，通過一個(gè)簡單的賦值語句 b = a 定義變量b，它同樣也是數(shù)值[1, 2, 3]的列表。

問題是：如果此時(shí)修改變量a，對b會(huì)有影響嗎？同樣如果修改變量b，對a又會(huì)有影響嗎？

從代碼運(yùn)行結(jié)果可以看出，無論是修改b還是修改a(注意這種修改的方式，是用append，直接修改原列表，而不是重新賦值)，都另一方都是有影響的。

當(dāng)然這個(gè)原因其實(shí)很好理解，變量a指向的是列表[1, 2, 3]的地址值，當(dāng)用 = 進(jìn)行賦值運(yùn)算時(shí)，b的值也相應(yīng)的指向的列表[1, 2, 3]的地址值。在python中，可以通過id(變量)的方法來查看地址值，我們來查看下a，b變量的地址值，看是不是相等：

# 注意，不同機(jī)器上，這個(gè)值不同，但只要a，b兩個(gè)變量的地址值是一樣的就能說明問題了
print(id(a)) # 4439402312
print(id(b)) # 4439402312

所以原理如下圖所示：

因此，只要是在地址值：4439402312上的列表進(jìn)行修改的話，a，b都會(huì)發(fā)生變化。（注意我這里說的修改，是在地址值為：4439402312上的列表進(jìn)行的修改，而不說對變量a進(jìn)行修改，因?yàn)閷ψ兞縜的修改方式有兩種，本文結(jié)尾會(huì)解釋為什么不說對變量a進(jìn)行修改）。所以我們便引出了以下概念：

對于這種是將引用進(jìn)行拷貝賦值給另一個(gè)變量的方式（即拷貝的是地址值），我們稱之為淺拷貝。

二、如何進(jìn)行深拷貝

python中實(shí)現(xiàn)深拷貝的方式很簡單，只需要引入copy模塊，調(diào)用里面的deepcopy()的方法即可，示例代碼如下：

import copy
a = [1, 2, 3]
b = copy.deepcopy(a)

print('a = %s' % a) # a = [1, 2, 3]
print('b = %s' % b) # b = [1, 2, 3]

b.append(4)
print('a = %s' % a) # a = [1, 2, 3]
print('b = %s' % b) # b = [1, 2, 3, 4]

從代碼執(zhí)行情況來看，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了深拷貝。這時(shí)我們再來看下兩個(gè)變量的地址值：

print(id(a)) # 4321416008
print(id(b)) # 4321416200

果然就不一樣了。我們再通過一個(gè)圖來看下深拷貝的原理：

三、copy模塊方法簡介

從深拷貝的實(shí)現(xiàn)過程，我們知道copy模塊，也使用了里面的deepcopy()方法。下面我們來介紹下copy模塊中的copy()與deepcopy()方法。

首先介紹我們已經(jīng)使用過的deepcopy()方法，官方文檔介紹如下：

簡單解釋下文檔中對這個(gè)方法的說明：

1. 返回值是對這個(gè)對象的深拷貝

2. 如果拷貝發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)報(bào)copy.err異常

3. 存在兩個(gè)問題，第一是如果出遞歸對象，會(huì)遞歸的進(jìn)行拷貝，第二正因?yàn)闀?huì)遞歸拷貝，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)拷貝過多的情況

4. 關(guān)于兩種拷貝方式的區(qū)別都是相對是引用對象

前兩點(diǎn)很好理解，針對第三點(diǎn)，我們用代碼進(jìn)行解釋：

import copy
a = [1, 2, 3]
b = [3, 4, 5]
c = [a, b] # 列表嵌套
d = copy.deepcopy(c)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
c.append(4)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3], [3, 4, 5], 4]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
c[0].append(4) # 相當(dāng)于a.append(4)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3, 4], [3, 4, 5], 4]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
# a.append(4)
# print('c = %s' % c) # a = [1, 2, 3]
# print('d = %s' % d) # b = [1, 2, 3]
print(id(c)) # 4314188040
print(id(d)) # 4314187976
print(id(c[0])) # 4314186568
print(id(d[0])) # 4314187912
print(id(a)) # 4314186568
print(id(b)) # 4314186760

根據(jù)代碼，我們可以看到，當(dāng)有嵌套對象，也就是文檔中提到的遞歸對象，從結(jié)果我們可以看到，嵌套對象會(huì)進(jìn)行遞歸的深拷貝。即如果c里有一個(gè)a，那么不僅c會(huì)深拷貝，a同樣也會(huì)被深拷貝。原理如下圖所求：

接下來我們再來看copy()方法：

官方文檔解釋的很簡單，它返回的就是對象的淺拷貝。但其實(shí)它會(huì)對最外層進(jìn)行深拷貝，而如果有多層，第二層以后進(jìn)行的就是淺拷貝了。代碼示例如下：

import copy
a = [1, 2, 3]
b = [3, 4, 5]
c = [a, b] # 列表嵌套
d = copy.copy(c)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]]
c.append(4)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3], [3, 4, 5], 4]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3], [3, 4, 5]] 沒有發(fā)生變化，說明外層是深拷貝
c[0].append(4) # 相當(dāng)于a.append(4)
print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3, 4], [3, 4, 5], 4]
print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3, 4], [3, 4, 5]] 發(fā)生了變化，說明內(nèi)層是淺拷貝
# a.append(4)
# print('c = %s' % c) # c = [[1, 2, 3, 4], [3, 4, 5], 4]
# print('d = %s' % d) # d = [[1, 2, 3, 4], [3, 4, 5]] 發(fā)生了變化，說明內(nèi)層是淺拷貝
print(id(c)) # 4322576648
print(id(d)) # 4322576584 d和c地址不同，進(jìn)一步說明外層是深拷貝
print(id(c[0])) # 4322575176
print(id(d[0])) # 4322575176 c[0]和d[0]地址相同，進(jìn)一步說明內(nèi)層是淺拷貝
print(id(a)) # 4322575176
print(id(b)) # 4322575368

【注意】對于copy()方法，有特殊情況，比如元組類型，代碼示例如下：

import copy
a = [1, 2, 3]
b = [3, 4, 5]
c = (a, b) # 列表改成元組
d = copy.copy(c)
print(id(c)) # 4303015752
print(id(d)) # 4303015752 d和c地址相同
print(id(c[0])) # 4322575176
print(id(d[0])) # 4322575176 c[0]和d[0]地址相同，進(jìn)一步說明內(nèi)層是淺拷貝

可以看到，這里哪怕是最外層，也是淺拷貝。

這里因?yàn)閏opy方法內(nèi)部有判斷，如果最外層的拷貝類型是不可變類型，則進(jìn)行淺拷貝，反之則進(jìn)行深拷貝。

至此，我們應(yīng)該對淺拷貝的概念進(jìn)行進(jìn)一步加深理解：

如果對象中的所有元素，有一個(gè)是引用拷貝，則定義為是淺拷貝。（該定義不是官方定義，只是個(gè)人理解）

四、關(guān)于“修改”的一點(diǎn)說明

前面提到了修改變量，我認(rèn)為修改是有兩種方式，第一種在原對象上進(jìn)行修改，第二種就是重新賦值。看如下代碼：

import copy
a = [1, 2, 3]
b = a
a = [3, 4, 5]
print(a) # [3, 4, 5]
print(b) # [1, 2, 3]

同樣是淺拷貝，但是發(fā)現(xiàn)修改a之后，b沒有發(fā)生變化。

在修改的時(shí)候，我們很容易想當(dāng)然的通過重新賦值的方式來修改，但其實(shí)這種修改方式是有問題的。當(dāng)給a再次賦值的時(shí)候，其實(shí)是將a重新指向了另外一塊地址區(qū)域，而原來的[1, 2, 3]那塊地址區(qū)域是沒有發(fā)生任何變化的，所以對于b來說，它指向的東西并沒有改變。

這也解釋了之前文檔中關(guān)于deepcopy方法的一個(gè)說明，為什么只對引用對象有用，因?yàn)楹唵晤愋托薷牡姆绞骄褪侵匦沦x值。簡單理解就是你沒辦法通過簡單類型的變量直接通過.來調(diào)用自身的方法，都只能重新賦值來改變，那么都會(huì)指向新的地址。