Python基础-17对象引用和拷贝

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17.对象引用和拷贝

我们先来看看以下向个概念

变量：是系统变量名表中的元素，通常是由程序员进行定义声明
对象：是计算机分配的一块内存，需要足够的空间去表示它的值
引用：是自动形成的从变量到对象的指针
可变对象：允许对自身内容进行修改。如list、dict、set、自定义类型等。
不可变对象：不允许对自身内容进行修改。如果对一个不可变对象进行赋值，实际上是生成一个新的对象，再让变量指向这个对象。如int、float、bool、str、tuple

如果有了解Java的堆栈知识（堆存储真实的数据，而栈则是存储相应引用地址），则这里所指的对象可以理解为堆，而引用则代表栈。

17.1 对象引用

对象的赋值实际上就是对象引用，创建一个对象并将其赋值给一个变量时，该变量实际是指向了该对象的引用，可使用内置函数id()查看返回值。变量名与对象之间的示意图如下所示：

170101对象与变量名关系.png

示例如下所示：

>>> tempA=[1,3,5]
>>> tempB=tempA    # tempB对tempA的引用
>>> tempB
[1, 3, 5]
>>> tempB[0]=-100  # 修改tempB的元素，tempA相应的元素也同步进行了更改
>>> 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中第一个元素，而连带temA也被一起修改了。因为tempA和tempB引用的是同一个对象，修改其中任意一个变量都会影响到另一个。为了避免这种情况，必须创建对象的副本而不是创建新引用。对于像列表和字典这种容器类对象，可以使用两种拷贝操作：浅拷贝和深拷贝。

17.2 对象的拷贝

17.2.1 浅拷贝

浅拷贝将创建一个新对象，其内容是原对象中元素的引用。可以使用模块copy中的copy()函数，另外也可使用切片操作、对象的copy方法。其特点如下所示：

两个变量的内存地址不同
变量之间存在共享值的情况
对其中一个变量进行更改后，另外的变量也会随之改变

如果使用等号赋值时，连对象都不会重新创建。只有重新创建对象并为其赋值，才会发生浅拷贝。

示例代码如下所示：

>>> a=[1,2,[3,4]]
>>> b=list(a)          # 创建a的一个浅复制
>>> b is a
False
>>> b.append(100)      # 给b追加一个元素
>>> b
[1, 2, [3, 4], 100]    # 修改b中的一个元素
>>> a
[1, 2, [3, 4]]
>>> b[2][0]=-98
>>> b
[1, 2, [-98, 4], 100]
>>> a                  # a中与b共有的元素值也会发生改变
[1, 2, [-98, 4]]
>>> id(a),id(b)
(2614813897288, 2614813796232)

>>> aa=[1,2,[3,4]]
>>> bb=aa              # 直接赋值并没有发生浅拷贝
>>> id(aa),id(bb)
(1960262980168, 1960262980168)
>>> aa = list(bb)
>>> id(aa),id(bb)
(1960263019208, 1960262980168) # 发生了浅拷贝，因此两者的id也不一样
>>> id(aa[0]),id(aa[1]),id(aa[2])
(140715523797264, 140715523797296, 1960263020232)
>>> id(bb[0]),id(bb[1]),id(bb[2])
(140715523797264, 140715523797296, 1960263020232) # 虽然发生了浅拷贝，但内部元素却都指向相同的对象

在上述示例中，a和b是单独的列表对象，但它们包含的元素是共享的。因此修改b的一个元素也会修改a中的对应元素。而在aa和bb中，在发生浅拷贝后，aa和bb两个对象的地址不一样，而其内部元素却指向了相同的对象。

17.2.2 深拷贝

深拷贝将创建一个新对象并对其赋值时，原对象中的所有元素都会在新对象中重新创建一次。常用模块copy中的deepcopy()函数，其特点如下所示：

变量间的内存地址不同
变量间有各自的值，且互不影响
对其任意一个变量的值进行修改，不会影响另外一个

示例代码如下所示：

>>> import copy
>>> a=[1,2,[3,4]]
>>> b=copy.deepcopy(a) # 深拷贝
>>> 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之后，对a没有任何影响
[1, 2, [3, 4]]
>>> id(a),id(b)
(1960263017096, 1960263112136)

>>> aa=[1,2,[3,4]]
>>> bb=copy.deepcopy(aa) # 深拷贝
>>> id(aa),id(bb)
(2540655565384, 2540656480520) # 地址发生改变
>>> id(aa[0]),id(aa[1]),id(aa[2])
(140715523797264, 140715523797296, 2540655563912)
>>> id(bb[0]),id(bb[1]),id(bb[2])
(140715523797264, 140715523797296, 2540656401224)

在打印内部地址发现，前两个元素地址没有属性改变，是因为在Python数字和字符串属于不可变对象。为提升效率，Python语言中，在内存中只存在一份不可变对象，并将其地址（即引用）赋值给其他变量。