在平時工作中，經(jīng)常涉及到數(shù)據(jù)的傳遞。在數(shù)據(jù)傳遞使用過程中，可能會發(fā)生數(shù)據(jù)被修改的問題。為了防止數(shù)據(jù)被修改，就需要再傳遞一個副本，即使副本被修改，也不會影響原數(shù)據(jù)的使用。為了生成這個副本，就產(chǎn)生了拷貝——今天就說一下Python中的深拷貝與淺拷貝的問題。

概念解讀

數(shù)據(jù)拷貝會涉及到Python中對象、可變類型、引用這3個概念，先來看看這幾個概念，只有明白了它們才能更好地理解拷貝到底是怎么一回事。

Python對象

在Python中，對對象有一種很通俗的說法，萬物皆對象。說的就是構(gòu)造的任何數(shù)據(jù)類型都是一個對象，無論是數(shù)字、字符串、還是函數(shù)，甚至是模塊、Python都對當(dāng)做對象處理。

所有Python對象都擁有三個屬性：身份、類型、值。

看一個簡單的例子：

In [1]: name ="laowang"# name對象In [2]: id(name) # id:身份的唯一標(biāo)識Out[2]: 1698668550104In [3]:type(name)# type:對象的類型，決定了該對象可以保存什么類型的值Out[3]: strIn [4]: name # 對象的值，表示的數(shù)據(jù)Out[4]:'laowang'

可變與不可變對象

在Python中，按更新對象的方式，可以將對象分為2大類：可變對象與不可變對象。

可變對象： 列表、字典、集合。所謂可變是指可變對象的值可變，身份是不變的。

不可變對象：數(shù)字、字符串、元組。不可變對象就是對象的身份和值都不可變。新創(chuàng)建的對象被關(guān)聯(lián)到原來的變量名，舊對象被丟棄，垃圾回收器會在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)回收這些對象。

In [7]: var1 ="python"In [8]:id(var1)Out[8]:1700782038408#由于var1是不可變的，重新創(chuàng)建了java對象，隨之id改變，舊對象python會在某個時刻被回收In [9]: var1 ="java"In [10]:id(var1)Out[10]:1700767578296

引用

在Python程序中，每個對象都會在內(nèi)存中申請開辟一塊空間來保存該對象，該對象在內(nèi)存中所在位置的地址被稱為引用。在開發(fā)程序時，所定義的變量名實(shí)際就對象的地址引用。

引用實(shí)際就是內(nèi)存中的一個數(shù)字地址編號，在使用對象時，只要知道這個對象的地址，就可以操作這個對象，但是因?yàn)檫@個數(shù)字地址不方便在開發(fā)時使用和記憶，所以使用變量名的形式來代替對象的數(shù)字地址。在Python中，變量就是地址的一種表示形式，并不開辟開辟存儲空間。

就像 IP 地址，在訪問網(wǎng)站時，實(shí)際都是通過 IP 地址來確定主機(jī)，而 IP 地址不方便記憶，所以使用域名來代替 IP 地址，在使用域名訪問網(wǎng)站時，域名被解析成 IP 地址來使用。

通過一個例子來說明變量和變量指向的引用就是一個東西：

In [11]: age =18In [12]:id(age)Out[12]:1730306752In [13]:id(18)Out[13]:1730306752

逐步深入：引用賦值

上邊已經(jīng)明白，引用就是對象在內(nèi)存中的數(shù)字地址編號，變量就是方便對引用的表示而出現(xiàn)的，變量指向的就是此引用。賦值的本質(zhì)就是讓多個變量同時引用同一個對象的地址。

那么在對數(shù)據(jù)修改時會發(fā)生什么問題呢？

不可變對象的引用賦值

對不可變對象賦值，實(shí)際就是在內(nèi)存中開辟一片空間指向新的對象，原不可變對象不會被修改。原理圖如下：

下面通過案例來理解一下：

a與b在內(nèi)存中都是指向1的引用，所以a、b的引用是相同的。

In [1]: a =1In [2]: b = aIn [3]:id(a)Out[3]:1730306496In [4]:id(b)Out[4]:1730306496

現(xiàn)在再給a重新賦值，看看會發(fā)生什么變化？從下面不難看出：當(dāng)給a賦新的對象時，將指向現(xiàn)在的引用，不在指向舊的對象引用。

In [1]: a =1In [2]: b = aIn [5]: a =2In [6]:id(a)Out[6]:1730306816In [7]:id(b)Out[7]:1730306496

可變對象的引用賦值

可變對象保存的并不是真正的對象數(shù)據(jù)，而是對象的引用。當(dāng)對可變對象進(jìn)行賦值時，只是將可變對象中保存的引用指向了新的對象。原理圖如下：

仍然通過一個實(shí)例來體會一下，可變對象引用賦值的過程：當(dāng)改變l1時，整個列表的引用會指新的對象，但是l1與l2都是指向保存的同一個列表的引用，所以引用地址不會變。

In [3]: l1 = [1,2,3]In [4]: l2 = l1In [5]:id(l1)Out[5]:1916633584008In [6]:id(l2)Out[6]:1916633584008In [7]: l1[0] =11In [8]:id(l1)Out[8]:1916633584008In [9]:id(l2)Out[9]:1916633584008

主旨詳解：淺拷貝、深拷貝

經(jīng)過前2部分的解讀，大家對對象的引用賦值應(yīng)該有了一個清晰的認(rèn)識了。那么Python中如何解決原始數(shù)據(jù)在函數(shù)傳遞之后不受影響？這個問題Python已經(jīng)幫我們解決了，使用對象的拷貝或者深拷貝就可以愉快解決了。

下面具體來看看Python中的淺拷貝與深拷貝是如何實(shí)現(xiàn)的。

淺拷貝

為了解決函數(shù)傳遞后被修改的問題，就需要拷貝一份副本，將副本傳遞給函數(shù)使用，就算是副本被修改，也不會影響原始數(shù)據(jù) 。

不可變對象的拷貝

不可變對象只在修改的時候才會在內(nèi)存中開辟新的空間，而拷貝實(shí)際上是讓多個對象同時指向一個引用，和對象的賦值沒區(qū)別。

同樣的，通過一個實(shí)例來感受一下：不難看出，a與b指向相同的引用，不可變對象的拷貝就是對象賦值。

In [11]:importcopyIn [12]: a =10In [13]: b =copy.copy(a)In [14]: id(a)Out[14]:1730306496In [15]: id(b)Out[15]:1730306496

可變對象的拷貝

對于不可變對象的拷貝，對象的引用并沒有發(fā)生變化，那么可變對象的拷貝會不會和不可變對象一樣了？我們接著往下看。

通過下面的實(shí)例能看出：可變對象的拷貝會在內(nèi)存中開辟一個新的空間來保存拷貝的數(shù)據(jù)。當(dāng)再改變之前的對象時，對拷貝之后的對象沒有任何影響。

In [24]: importcopyIn [25]: l1 = [1,2,3]In [26]: l2 =copy.copy(l1)In [27]:id(l1)Out[27]:1916631742088In [28]:id(l2)Out[28]:1916636282952In [29]: l1[0] =11In [30]:id(l1)Out[30]:1916631742088In [31]:id(l2)Out[31]:1916636282952

原理圖如下：

現(xiàn)在再回到剛才那個問題，是不是淺拷貝就可以解決原始數(shù)據(jù)在函數(shù)傳遞之后不變的問題了？下面看一個稍微復(fù)雜一點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

通過下面這個實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)：復(fù)雜對象在拷貝時，并沒有解決數(shù)據(jù)在傳遞之后，數(shù)據(jù)改變的問題。出現(xiàn)這種原因，是copy() 函數(shù)在拷貝對象時只是將指定對象中的所有引用拷貝了一份，如果這些引用當(dāng)中包含了一個可變對象的話，那么數(shù)據(jù)還是會被改變。這種拷貝方式，稱為淺拷貝。

In [35]: a = [1,2]In [36]: l1 = [3,4, a]In [37]: l2 =copy.copy(l1)In [38]:id(l1)Out[38]:1916631704520In [39]:id(l2)Out[39]:1916631713736In [40]: a[0] =11In [41]:id(l1)Out[41]:1916631704520In [42]:id(l2)Out[42]:1916631713736In [43]: l1Out[43]: [3,4, [11,2]]In [44]: l2Out[44]: [3,4, [11,2]]

原理圖如下：

對于上邊這種狀況，Python還提供了另一種拷貝方式（深拷貝）來解決。

深拷貝

區(qū)別于淺拷貝只拷貝頂層引用，深拷貝會逐層進(jìn)行拷貝，直到拷貝的所有引用都是不可變引用為止。

接下來我們看看，要是將上邊的拷貝實(shí)例用使用深拷貝的話，原始數(shù)據(jù)改變的問題還會不會存在了？

下面的實(shí)例清楚地告訴我們：之前的問題就可以完美解決了。

importcopyl1 = [3,4, a]In [47]: l2 =copy.deepcopy(li)In [48]:id(l1)Out[48]:1916632194312In [49]:id(l2)Out[49]:1916634281416In [50]: a[0] =11In [51]:id(l1)Out[51]:1916632194312In [52]:id(l2)Out[52]:1916634281416In [54]: l1Out[54]: [3,4, [11,2]]In [55]: l2Out[55]: [[1, 2], 3, 4]

原理圖如下：

查漏補(bǔ)缺

為什么Python默認(rèn)的拷貝方式是淺拷貝？

時間角度：淺拷貝花費(fèi)時間更少；

空間角度：淺拷貝花費(fèi)內(nèi)存更少；

效率角度：淺拷貝只拷貝頂層數(shù)據(jù)，一般情況下比深拷貝效率高。

本文知識點(diǎn)總結(jié)：

不可變對象在賦值時會開辟新空間；

可變對象在賦值時，修改一個的值，另一個也會發(fā)生改變；

深、淺拷貝對不可變對象拷貝時，不開辟新空間，相當(dāng)于賦值操作；

淺拷貝在拷貝時，只拷貝第一層中的引用，如果元素是可變對象，并且被修改，那么拷貝的對象也會發(fā)生變化；

深拷貝在拷貝時會逐層進(jìn)行拷貝，直到所有的引用都是不可變對象為止；

Python中有多種方式實(shí)現(xiàn)淺拷貝，copy模塊的copy函數(shù)、對象的copy函數(shù)、工廠方法、切片等；

大多數(shù)情況下，編寫程序時都是使用淺拷貝，除非有特定的需求；

淺拷貝的優(yōu)點(diǎn)：拷貝速度快，占用空間少，拷貝效率高。