Python基礎-17對象引用和拷貝

17.對象引用和拷貝

    我們先來看看以下向個概念

• 變數：是系統變數名錶中的元素，通常是由程式員進行定義聲明
• 對象：是電腦分配的一塊記憶體，需要足夠的空間去表示它的值
• 引用：是自動形成的從變數到對象的指針
• 可變對象：允許對自身內容進行修改。如list、dict、set、自定義類型等。
• 不可變對象：不允許對自身內容進行修改。如果對一個不可變對象進行賦值，實際上是生成一個新的對象，再讓變數指向這個對象。如int、float、bool、str、tuple

如果有瞭解Java的堆棧知識（堆存儲真實的數據，而棧則是存儲相應引用地址），則這裡所指的對象可以理解為堆，而引用則代表棧。

17.1 對象引用

    對象的賦值實際上就是對象引用，創建一個對象並將其賦值給一個變數時，該變數實際是指向了該對象的引用，可使用內置函數id()查看返回值。變數名與對象之間的示意圖如下所示：

示例如下所示：

>>> tempA=[1,3,5]
>>> tempB=tempA    # tempB對tempA的引用
>>> tempB
[1, 3, 5]
>>> tempB[0]=-100  # 修改tempB的元素，tempA相應的元素也同步進行了更改
>>> tempA
[-100, 3, 5]
>>> tempB
[-100, 3, 5]
>>> id(tempA),id(tempB)
(2614814009544, 2614814009544)
>>> tempB is tempA
True

    在上面的例子中，本意是想修改tempB中第一個元素，而連帶temA也被一起修改了。因為tempA和tempB引用的是同一個對象，修改其中任意一個變數都會影響到另一個。為了避免這種情況，必須創建對象的副本而不是創建新引用。對於像列表和字典這種容器類對象，可以使用兩種拷貝操作：淺拷貝和深拷貝。

17.2 對象的拷貝

17.2.1 淺拷貝

    淺拷貝將創建一個新對象，其內容是原對象中元素的引用。可以使用模塊copy中的copy()函數，另外也可使用切片操作、對象的copy方法。其特點如下所示：

• 兩個變數的記憶體地址不同
• 變數之間存在共用值的情況
• 對其中一個變數進行更改後，另外的變數也會隨之改變

如果使用等號賦值時，連對象都不會重新創建。只有重新創建對象併為其賦值，才會發生淺拷貝。

    示例代碼如下所示：

>>> a=[1,2,[3,4]]
>>> b=list(a)          # 創建a的一個淺複製
>>> b is a
False
>>> b.append(100)      # 給b追加一個元素
>>> b
[1, 2, [3, 4], 100]    # 修改b中的一個元素
>>> a
[1, 2, [3, 4]]
>>> b[2][0]=-98
>>> b
[1, 2, [-98, 4], 100]
>>> a                  # a中與b共有的元素值也會發生改變
[1, 2, [-98, 4]]
>>> id(a),id(b)
(2614813897288, 2614813796232)

>>> aa=[1,2,[3,4]]
>>> bb=aa              # 直接賦值並沒有發生淺拷貝
>>> id(aa),id(bb)
(1960262980168, 1960262980168)
>>> aa = list(bb)
>>> id(aa),id(bb)
(1960263019208, 1960262980168) # 發生了淺拷貝，因此兩者的id也不一樣
>>> id(aa[0]),id(aa[1]),id(aa[2])
(140715523797264, 140715523797296, 1960263020232)
>>> id(bb[0]),id(bb[1]),id(bb[2])
(140715523797264, 140715523797296, 1960263020232) # 雖然發生了淺拷貝，但內部元素卻都指向相同的對象

    在上述示例中，a和b是單獨的列表對象，但它們包含的元素是共用的。因此修改b的一個元素也會修改a中的對應元素。而在aa和bb中，在發生淺拷貝後，aa和bb兩個對象的地址不一樣，而其內部元素卻指向了相同的對象。

17.2.2 深拷貝

    深拷貝將創建一個新對象並對其賦值時，原對象中的所有元素都會在新對象中重新創建一次。常用模塊copy中的deepcopy()函數，其特點如下所示：

• 變數間的記憶體地址不同
• 變數間有各自的值，且互不影響
• 對其任意一個變數的值進行修改，不會影響另外一個

    示例代碼如下所示：

>>> import copy
>>> a=[1,2,[3,4]]
>>> b=copy.deepcopy(a) # 深拷貝
>>> b is a
False
>>> b.append(100)
>>> b
[1, 2, [3, 4], 100]
>>> a
[1, 2, [3, 4]]
>>> b[2][0]=-98
>>> b
[1, 2, [-98, 4], 100]
>>> a            # 在修改b之後，對a沒有任何影響
[1, 2, [3, 4]]
>>> id(a),id(b)
(1960263017096, 1960263112136)

>>> aa=[1,2,[3,4]]
>>> bb=copy.deepcopy(aa) # 深拷貝
>>> id(aa),id(bb)
(2540655565384, 2540656480520) # 地址發生改變
>>> id(aa[0]),id(aa[1]),id(aa[2])
(140715523797264, 140715523797296, 2540655563912)
>>> id(bb[0]),id(bb[1]),id(bb[2])
(140715523797264, 140715523797296, 2540656401224)

    在列印內部地址發現，前兩個元素地址沒有屬性改變，是因為在Python數字和字元串屬於不可變對象。為提升效率，Python語言中，在記憶體中只存在一份不可變對象，並將其地址（即引用）賦值給其他變數。

淺拷貝和深拷貝僅僅是針對可變對象的，對於不可變對象，賦值的操作過程都是直接將引用賦值。

17.3 小結

    現在假設有一個對象a=[ 1, 2 ,[ 3,4 ] ]，有另外一個對象，分別進行=賦值、淺拷貝和深拷貝，其使用小結如下所示：

• 1.使用=直接賦值，不會發生淺拷貝和深拷貝情況，僅相當於增加一個新標簽，並不產生新的對象，示意圖如下所示：

    針對這種情況，有時候也被比喻為舊瓶裝舊酒。

• 2.使用淺拷貝之後，會創建一個新的對象，但內部元素仍然保持一致，示意圖如下所示：

    因為元素中1和2為不可變對象，它們互不影響，給人的感覺就相當於複製了一份。這種就是淺拷貝，有時候也被比喻為新瓶裝舊酒，雖然產生了新的對象，但裡面的內容還是來自同一份。

• 3.使用深拷貝之後，會創建一個新的對象，原對象中的所有元素會被重新創建一次，示意圖如下所示：

    對象a和b前兩個元素因是不可變對象，所會在進行深拷貝之後，地址不會進行更改。而第三個元素為可變對象，則相當創建了一個副本。所以深拷貝也可以理解為，不僅是對象自身的拷貝，對於對象中每一個子元素，也都進行同樣的拷貝。針對這種情況，有時候也被比喻為新瓶裝新酒

• 4.淺拷貝和深拷貝針對的是可變對象

參考網址：https://segmentfault.com/a/1190000017001073

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