在 Python 中，拷贝（copy）是指创建一个对象的副本。根据复制的深度，Python 提供了两种类型的拷贝：浅拷贝（shallow copy）和深拷贝（deep copy）。理解它们之间的区别对于避免程序中的潜在错误至关重要，尤其是在涉及到可变对象（如列表、字典、集合等）时。
1. 浅拷贝（Shallow Copy）
浅拷贝是指创建一个新的对象，但是对于原对象中包含的引用类型（如列表中的其他列表），不会创建新的副本，而是直接引用原对象中的内容。简而言之，浅 拷贝仅复制对象本身，并没有递归地复制对象内部的元素。
浅拷贝的工作原理
- 对于原对象中的基本数据类型（如整数、浮点数、字符串等），会创建一份副本。
- 对于原对象中的可变数据类型（如列表、字典等），浅拷贝会保持原对象内部元素的引用，即原对象和副本指向相同的内存位置。
如何进行浅拷贝？
可以使用以下几种方法来创建浅拷贝：
copy.copy()：标准库中提供的浅拷贝函数。- 切片（Slicing）：对于列表，可以通过切片语法来生成浅拷贝。
dict.copy()：对于字典，可以直接调用copy()方法。
示例：
import copy# 浅拷贝：使用 copy.copy() 创建副本
original_list = [1, 2, [3, 4]]
shallow_copy = copy.copy(original_list)print(original_list) # 输出: [1, 2, [3, 4]]
print(shallow_copy) # 输出: [1, 2, [3, 4]]# 修改浅拷贝中的嵌套列表
shallow_copy[2][0] = 99print(original_list) # 输出: [1, 2, [99, 4]]，原对象中的嵌套列表也发生了变化
print(shallow_copy) # 输出: [1, 2, [99, 4]]，副本中的嵌套列表也发生了变化
在上面的例子中，original_list 和 shallow_copy 拥有相同的嵌套列表 [3, 4]，修改嵌套列表的内容时，原对象和浅拷贝都会受影响。这是因为浅拷贝仅复制了外部列表，内部的嵌套列表仍然指向相同的内存位置。
浅拷贝的限制
- 只拷贝最外层的对象，内部的可变对象会共享。
- 对于嵌套的可变对象，修改内部对象时，原始对象和副本都会发生变化。
2. 深拷贝（Deep Copy）
深拷贝是指创建一个新的对象，并且递归地复制原对象中的所有元素及其内部的可变对象。换句话说，深拷贝不仅复制对象本身，还复制对象内部的所有元素，直到所有嵌套对象都被完全复制为止。
深拷贝的工作原理
- 对于所有类型的对象（包括嵌套的可变对象），都会创建新的副本。
- 不会共享任何引用。每个对象及其嵌套对象都会有独立的内存空间。
如何进行深拷贝？
copy.deepcopy()：标准库中提供的深拷贝函数。
示例：
import copy# 深拷贝：使用 copy.deepcopy() 创建副本
original_list = [1, 2, [3, 4]]
deep_copy = copy.deepcopy(original_list)print(original_list) # 输出: [1, 2, [3, 4]]
print(deep_copy) # 输出: [1, 2, [3, 4]]# 修改深拷贝中的嵌套列表
deep_copy[2][0] = 99print(original_list) # 输出: [1, 2, [3, 4]]，原对象没有改变
print(deep_copy) # 输出: [1, 2, [99, 4]]，副本中的嵌套列表已改变
在这个例子中，original_list 和 deep_copy 是完全独立的，即使修改了 deep_copy 中的嵌套列表，original_list 不会受到任何影响。
深拷贝的特点
- 创建独立的副本，所有嵌套的对象也会被递归复制。
- 无论对象的结构多复杂，副本和原对象之间完全没有联系。
3. 浅拷贝与深拷贝的区别
| 特性 | 浅拷贝（Shallow Copy） | 深拷贝（Deep Copy） |
|---|---|---|
| 复制对象 | 仅复制最外层对象 | 复制最外层对象及所有嵌套对象 |
| 嵌套对象是否复制 | 嵌套对象仍然引用原对象中的元素 | 嵌套对象会被完全复制 |
| 内部对象的修改是否影响原对象 | 修改内部对象会影响原对象和副本 | 修改副本的嵌套对象不会影响原对象 |
| 创建副本的时间 | 速度较快，拷贝过程较简单 | 速度较慢，需要递归遍历每一层嵌套对象 |
示例：
import copy# 浅拷贝
original = {'a': 1, 'b': [1, 2, 3]}
shallow = copy.copy(original)
shallow['b'][0] = 99print(original) # 输出: {'a': 1, 'b': [99, 2, 3]}
print(shallow) # 输出: {'a': 1, 'b': [99, 2, 3]}，修改共享的列表# 深拷贝
deep = copy.deepcopy(original)
deep['b'][1] = 100print(original) # 输出: {'a': 1, 'b': [99, 2, 3]}
print(deep) # 输出: {'a': 1, 'b': [99, 100, 3]}，修改副本不会影响原对象
4. 什么时候使用浅拷贝和深拷贝
- 浅拷贝适用于你只关心外部对象的拷贝，不需要完全独立的内部对象副本时。浅拷贝的性能相对较好，适用于对象结构较简单或嵌套层级较浅的情况。
- 深拷贝适用于当你需要创建一个完全独立的副本，确保原对象和副本之间没有任何共享的引用时。深拷贝适用于复杂嵌套对象的复制，但其性能相对较低。
5. 总结
- 浅拷贝仅复制最外层对象，并且内部的可变对象仍然共享引用。适用于对象内部元素不需要完全独立时。
- 深拷贝会递归地复制所有对象，确保副本和原对象完全独立。适用于需要完整独立副本的场景。
理解浅拷贝和深拷贝的差异，有助于避免因共享可变对象而导致的错误，特别是在处理复杂数据结构时。