第一章：一切從“賦值”引發(fā)的問題開始

在 Python 的世界里，變量不僅僅是存儲數(shù)據(jù)的標(biāo)簽，更像是指向內(nèi)存中某個(gè)對象的“指針”。很多初學(xué)者，甚至是有一定經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，都曾在深淺拷貝的問題上栽過跟頭。

想象一個(gè)場景：你有一個(gè)列表，里面包含了一些子列表，你想復(fù)制一份用來做修改，保留原數(shù)據(jù)。于是你順手寫了這樣一行代碼：

original_list = [[1, 2], [3, 4]]
new_list = original_list

# 現(xiàn)在，我想修改 new_list 的第一個(gè)子列表
new_list[0][0] = 999

print("Original:", original_list)
print("New:", new_list)

如果你的預(yù)期是 Original 保持 [[1, 2], [3, 4]]，而 New 變?yōu)?[[999, 2], [3, 4]]，那么很遺憾，現(xiàn)實(shí)會給你沉重一擊。運(yùn)行結(jié)果是：

Original: [[999, 2], [3, 4]]
New: [[999, 2], [3, 4]]

為什么？

這就是 Python 中最基礎(chǔ)但也最容易被忽視的概念：賦值（Assignment）并不是拷貝。

在上面的代碼中，new_list = original_list 并沒有創(chuàng)建一個(gè)新的列表對象，它僅僅是創(chuàng)建了一個(gè)新的引用（reference）。這就好比你有兩個(gè)名字（original_list 和 new_list），但它們都指向同一個(gè)實(shí)體（內(nèi)存中的列表對象）。因此，通過任何一個(gè)名字去修改這個(gè)實(shí)體，另一個(gè)名字看到的自然也是修改后的樣子。

為了徹底解決這個(gè)問題，我們需要深入理解 Python 內(nèi)存模型中的三個(gè)層次：賦值、淺拷貝和深拷貝。

第二章：淺拷貝（Shallow Copy）——“只復(fù)制第一層”

當(dāng)我們意識到直接賦值不是復(fù)制時(shí)，我們通常會轉(zhuǎn)向淺拷貝。在 Python 中，實(shí)現(xiàn)淺拷貝的方法有很多：

• 切片操作：new_list = old_list[:]
• 工廠函數(shù)：new_list = list(old_list)
• copy 模塊：import copy; new_list = copy.copy(old_list)

讓我們看看淺拷貝的表現(xiàn)：

import copy

original_list = [[1, 2], [3, 4]]
shallow_copied_list = copy.copy(original_list)

# 修改外層
shallow_copied_list.append([5, 6])

# 修改內(nèi)層（嵌套對象）
shallow_copied_list[0][0] = 888

print("Original:", original_list)
print("Shallow:", shallow_copied_list)

輸出結(jié)果：

Original: [[888, 2], [3, 4]]
Shallow: [[888, 2], [3, 4], [5, 6]]

分析：

• 外層修改：shallow_copied_list 增加了一個(gè)元素 [5, 6]，original_list 沒變。這說明最外層的容器確實(shí)是新創(chuàng)建的。
• 內(nèi)層修改：shallow_copied_list[0][0] 被改為 888，original_list 也跟著變了。這說明內(nèi)層的子列表并沒有被復(fù)制。

什么是淺拷貝？

淺拷貝（Shallow Copy）會創(chuàng)建一個(gè)新的容器對象，但不會遞歸地復(fù)制容器內(nèi)的元素。新容器中填充的是原容器中元素的引用。

對于不可變對象（如整數(shù)、字符串、元組），引用就引用吧，反正改不了。但如果你的列表里包含了可變對象（如列表、字典、集合），那么這些可變對象的引用被共享了，這就是所謂的“共享子對象”（Shared Sub-objects）。

適用場景：淺拷貝適用于你的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是“扁平”的，或者你明確知道你需要共享子對象（這很少見）。

第三章：深拷貝（Deep Copy）——“斬?cái)嗨辛b絆”

如果你需要一個(gè)完全獨(dú)立的副本，無論嵌套多少層，修改副本都不影響原件，那么你需要的是深拷貝。

深拷貝使用 copy.deepcopy() 實(shí)現(xiàn)：

import copy

original_list = [[1, 2], [3, 4]]
deep_copied_list = copy.deepcopy(original_list)

# 徹底修改副本
deep_copied_list[0][0] = 777
deep_copied_list.append([9, 0])

print("Original:", original_list)
print("Deep:", deep_copied_list)

輸出結(jié)果：

Original: [[1, 2], [3, 4]]
Deep: [[777, 2], [3, 4], [9, 0]]

什么是深拷貝？

深拷貝會遞歸地遍歷原對象的所有子對象，并創(chuàng)建它們的副本。這意味著新對象和原對象在內(nèi)存中是完全獨(dú)立的，沒有任何引用重疊。

深拷貝的陷阱與高級用法：

雖然深拷貝很強(qiáng)大，但它也有代價(jià)（性能開銷大）和陷阱。

遞歸引用導(dǎo)致死循環(huán)：

如果一個(gè)對象直接或間接引用了自己，deepcopy 會拋出 RecursionError。

a = [1]
a.append(a) # a 現(xiàn)在是 [1, [...]]
# b = copy.deepcopy(a) # 這會報(bào)錯(cuò)

自定義類的拷貝控制：如果你需要控制類的深拷貝行為，可以實(shí)現(xiàn) __deepcopy__ 方法。這在處理數(shù)據(jù)庫連接、文件句柄等不可序列化或不可拷貝的資源時(shí)非常有用。

性能考量：對于巨大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，深拷貝可能非常慢。如果你的嵌套層級很淺，或者全是不可變數(shù)據(jù)，深拷貝就是殺雞用牛刀。

第四章：核心原理圖解與常見誤區(qū)

為了徹底理清關(guān)系，我們可以通過一張簡化的內(nèi)存示意圖來理解：

假設(shè) a = [1, [2, 3]]

賦值 (b = a):

• a -> [ptr1, ptr2]
• b -> [ptr1, ptr2] (指向同一個(gè)地址)

淺拷貝 (b = copy.copy(a)):

• a -> [ptr1, ptr2]
• b -> [ptr3, ptr4]
• 其中 ptr1 == ptr3 (指向同一個(gè)整數(shù) 1，整數(shù)不可變所以無所謂)
• 但是 ptr2 == ptr4 (指向同一個(gè)列表 [2, 3]) -> 這是問題的根源

深拷貝 (b = copy.deepcopy(a)):

• a -> [ptr1, ptr2]
• b -> [ptr5, ptr6]
• ptr5 指向新的整數(shù) 1
• ptr6 指向一個(gè)新的列表 [2, 3]，且該新列表內(nèi)的元素也是新的。

常見誤區(qū)：字典的copy()方法

很多 Python 開發(fā)者會直接用字典自帶的 .copy() 方法，認(rèn)為這就是深拷貝。

錯(cuò)誤！ 字典的 .copy() 也是淺拷貝！

d1 = {'a': [1, 2]}
d2 = d1.copy()
d2['a'].append(3)

print(d1) # 輸出 {'a': [1, 2, 3]}，d1 被修改了！

正確的做法依然是 copy.deepcopy(d1) 或者使用 d1.copy() 配合字典推導(dǎo)式（如果只有一層的話）。

第五章：總結(jié)與最佳實(shí)踐

搞懂了深淺拷貝，我們其實(shí)是在搞懂 Python 的對象引用模型。這是編寫健壯、無副作用代碼的基石。

最后的建議：

• 默認(rèn)使用引用：除非你明確需要副本，否則不要隨意拷貝。
• 優(yōu)先考慮淺拷貝：如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是扁平的，或者你確定不需要處理嵌套可變對象，list[:] 或 copy.copy() 更快。
• 不確定時(shí)用深拷貝：對于復(fù)雜的嵌套結(jié)構(gòu)，為了數(shù)據(jù)的安全性，copy.deepcopy() 是最穩(wěn)妥的選擇。
• 警惕函數(shù)副作用：在函數(shù)中修改傳入的可變參數(shù)時(shí)，一定要想清楚這是不是你想要的行為。如果不想修改原數(shù)據(jù)，記得在函數(shù)內(nèi)部先拷貝。

以上就是一文帶你掌握Python中的深淺拷貝的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python深淺拷貝的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！