python的深拷贝(deep copy)和浅拷贝(shallow copy)

1.可变对象和不可变对象

1.1 不可变对象和可变对象的定义

• 不可变对象： 可以理解为在对象创建后（创建并分配了 ID（内存地址））的情况下，其内容无法修改。任何尝试修改其内容的操作都会创建一个新的对象。
• 可变对象： 在对象创建后，在不改变 ID 的情况下，其内容是可以修改的

1.2 常见的可变对象和不可变对象及其示例

1.2.1 可变对象

• 常见可变对象
  • 列表（list）
  • 字典（dict）
  • 集合（set）
  • 自定义对象
• 可变对象修改示例
  • 示例代码

    # 列表是可变的
    print("######### 列表测试 #########")
    my_list = [1, 2, 3]
    print(" 列表修改前的内容 == ", my_list)  # 输出: [1, 2, 3]
    print(" 列表修改前的id == ", id(my_list))
    my_list[0] = 10  # 修改第一个元素
    print(" 列表修改后的内容 == ", my_list)  # 输出: [10, 2, 3]
    print(" 列表修改后的id == ", id(my_list))# 字典是可变的
    print("######### 字典测试 #########")
    my_dict = {'a': 1, 'b': 2}
    print(" 字典修改前的内容 == ", my_dict)  # 输出: {'a': 1, 'b': 2}
    print(" 字典修改前的id == ", id(my_dict))
    my_dict['a'] = 10  # 修改键'a'的值
    print(" 字典修改后的内容 == ", my_dict)  # 输出: {'a': 10, 'b': 2}
    print(" 字典修改后的id == ", id(my_dict))
    

  • 运行输出

    ######### 列表测试 #########列表修改前的内容 ==  [1, 2, 3]列表修改前的id ==  2529155928448列表修改后的内容 ==  [10, 2, 3]列表修改后的id ==  2529155928448
    ######### 字典测试 #########字典修改前的内容 ==  {'a': 1, 'b': 2}字典修改前的id ==  2529156249664字典修改后的内容 ==  {'a': 10, 'b': 2}字典修改后的id ==  2529156249664
    

1.2.2 不可变对象

• 常见不可变对象
  • 整数（int）
  • 浮点数（float）
  • 字符串（str）
  • 元组（tuple）
• 不可变对象修改示例
  • 示例代码

    # 整数是不可变的
    print("######### 整数测试 #########")
    x = 5
    print(" 整数修改前的内容 == ", x)
    print(" 整数修改前的id == ", id(x))
    x = 10  # 这里实际上是创建了一个新的整数对象，而不是修改原来的整数对象
    print(" 整数修改后的内容 == ", x)
    print(" 整数修改后的id == ", id(x))# 字符串是不可变的
    print("######### 字符串测试 #########")
    my_str = "hello"
    print(" 字符串修改前的内容 == ", my_str)
    print(" 字符串修改前的id == ", id(my_str))
    my_str = "world"  # 这里也是创建了一个新的字符串对象，而不是修改原来的字符串
    print(" 字符串修改后的内容 == ", my_str)
    print(" 字符串修改后的id == ", id(my_str))
    

  • 运行输出

    ######### 整数测试 #########整数修改前的内容 ==  5整数修改前的id ==  140723914734136整数修改后的内容 ==  10整数修改后的id ==  140723914734296
    ######### 字符串测试 #########字符串修改前的内容 ==  hello字符串修改前的id ==  2174965650112字符串修改后的内容 ==  world字符串修改后的id ==  2174965650400
    

2. 浅拷贝(shallow copy)

2.1 浅拷贝定义

• 浅拷贝 ：仅拷贝 目标对象 ，对于 目标对象 所包含的子对象仅进行 引用
• 仅拷贝 可变对象 ，因为 不可变对象 是不会改变的，所以对其进行拷贝是没有意义的,所以，对于 不可变对象 仅仅进行引用。
• 浅拷贝 仅拷贝 目标对象 ，所以只有目标对象是可变对象和目标对象是不可变对象两种情况。

2.2 浅拷贝方法

• 使用标准库的 copy模块 的 copy函数

  import copy
  list1 = [1, 2, 3]
  list2 = copy.copy(list1)
  

• 使用数据类型本身的构造器

  # 列表
  list1 = [1, 2, 3]
  list2 = list(list1)
  # 字典
  dict1 = {1: 'a', 2: 'b'}
  dict2 = dict(dict1)
  #集合
  set1 = {1, 2, 3}
  set2 = set(set1)
  

• 使用切片操作符 - 适用于列表

  list1 = [1, 2, 3]
  list2 = list1[:]
  

• 使用对象自带的copy方法

  dict1 = {1: [1, 2, 3], 2: 'b'}
  dict2 = dict1.copy()
  

2.3 浅拷贝可变对象的示例

• 示例代码

  import copy
  print("########### original_list ###########")
  original_list = [("tuple_0", "tuple_1"), ["list_0", "list_1"], 3]
  print(" id(original_list) = ", id(original_list))
  print(" id(original_list[0]) = ", id(original_list[0]))
  print(" id(original_list[1]) = ", id(original_list[1]))
  print(" id(original_list[2)) = ", id(original_list[2]))
  print("########### shallow_copied_list ###########")
  shallow_copied_list = copy.copy(original_list)
  print(" id(shallow_copied_list) = ", id(shallow_copied_list))
  print(" id(shallow_copied_list[0]) = ", id(shallow_copied_list[0]))
  print(" id(shallow_copied_list[1]) = ", id(shallow_copied_list[1]))
  print(" id(shallow_copied_list[2)) = ", id(shallow_copied_list[2]))

• 代码输出

  ########### original_list ###########id(original_list) =  2593492160896id(original_list[0]) =  2593494296576id(original_list[1]) =  2593492162752id(original_list[2)) =  140723918731768
  ########### shallow_copied_list ###########id(shallow_copied_list) =  2593494397824id(shallow_copied_list[0]) =  2593494296576id(shallow_copied_list[1]) =  2593492162752id(shallow_copied_list[2)) =  140723918731768
  

2.4 浅拷贝不可变对象的示例

• 代码示例

  import copy
  print("########### original_tuple ###########")
  original_tuple = (("tuple_0", "tuple_1"), ["list_0", "list_1"], 3)
  print(" id(original_tuple) = ", id(original_tuple))
  print(" id(original_tuple[0]) = ", id(original_tuple[0]))
  print(" id(original_tuple[1]) = ", id(original_tuple[1]))
  print(" id(original_tuple[2)) = ", id(original_tuple[2]))
  print("########### shallow_copied_tuple ###########")
  shallow_copied_tuple = copy.copy(original_tuple)
  print(" id(shallow_copied_tuple) = ", id(shallow_copied_tuple))
  print(" id(shallow_copied_tuple[0]) = ", id(shallow_copied_tuple[0]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[1]) = ", id(shallow_copied_tuple[1]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[2)) = ", id(shallow_copied_tuple[2]))
  

• 代码输出

  ########### original_tuple ###########id(original_tuple) =  2327690951808id(original_tuple[0]) =  2327690438656id(original_tuple[1]) =  2327688304832id(original_tuple[2)) =  140723918731768
  ########### shallow_copied_tuple ###########id(shallow_copied_tuple) =  2327690951808id(shallow_copied_tuple[0]) =  2327690438656id(shallow_copied_tuple[1]) =  2327688304832id(shallow_copied_tuple[2)) =  140723918731768
  

3. 深拷贝(deep copy)

3.1 深拷贝定义

• 深拷贝： 递归拷贝 目标对象 及 子对象 ，
• 仅拷贝 可变对象 ，因为 不可变对象 是不会改变的，所以对其进行拷贝是没有意义的,所以，对于 不可变对象 仅仅进行引用。

  注：如果 不可变对象 中包含 可变对象 ，则也要对这个 父不可变对象 进行拷贝。

• 在递归拷贝过程中，只要 下级对象 中出现 可变对象， 则上级对象无论是 可变对象 还是 不可变对象 都要对其进行拷贝。对 下级 没有 可变对象 的不可变对象进行引用。

3.2 深拷贝方法

• 使用标准库的 copy模块 的 deepcopy 函数

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

3.3 深拷贝示例1

• 代码示例

  import copy
  print("########### original_tuple ###########")
  original_tuple = (("tuple_0", "tuple_1", (1, 2)), ("list_0", "list_1", [12, 13]), 3)
  print(" id(original_tuple) = ", id(original_tuple))
  print(" id(original_tuple[0]) = ", id(original_tuple[0]))
  print(" id(original_tuple[1]) = ", id(original_tuple[1]))
  print(" id(original_tuple[2)) = ", id(original_tuple[2]))
  print("########### shallow_copied_tuple ###########")
  shallow_copied_tuple = copy.deepcopy(original_tuple)
  print(" id(shallow_copied_tuple) = ", id(shallow_copied_tuple))
  print(" id(shallow_copied_tuple[0]) = ", id(shallow_copied_tuple[0]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[1]) = ", id(shallow_copied_tuple[1]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[2)) = ", id(shallow_copied_tuple[2]))
  

• 代码输出

  ########### original_tuple ###########id(original_tuple) =  1933688192320id(original_tuple[0]) =  1933687798912id(original_tuple[1]) =  1933688291264id(original_tuple[2)) =  140723912702456
  ########### shallow_copied_tuple ###########id(shallow_copied_tuple) =  1933688316480id(shallow_copied_tuple[0]) =  1933687798912id(shallow_copied_tuple[1]) =  1933688318400id(shallow_copied_tuple[2)) =  140723912702456
  

3.4 深拷贝示例2

• 代码示例

  import copy
  print("########### original_tuple ###########")
  original_tuple = (("tuple_0", "tuple_1", (1, 2)), ("list_0", "list_1", (12, 13)), 3)
  print(" id(original_tuple) = ", id(original_tuple))
  print(" id(original_tuple[0]) = ", id(original_tuple[0]))
  print(" id(original_tuple[1]) = ", id(original_tuple[1]))
  print(" id(original_tuple[2)) = ", id(original_tuple[2]))
  print("########### shallow_copied_tuple ###########")
  shallow_copied_tuple = copy.deepcopy(original_tuple)
  print(" id(shallow_copied_tuple) = ", id(shallow_copied_tuple))
  print(" id(shallow_copied_tuple[0]) = ", id(shallow_copied_tuple[0]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[1]) = ", id(shallow_copied_tuple[1]))
  print(" id(shallow_copied_tuple[2)) = ", id(shallow_copied_tuple[2]))
  

• 代码输出

  ########### original_tuple ###########id(original_tuple) =  1932263735232id(original_tuple[0]) =  1932263242880id(original_tuple[1]) =  1932263636288id(original_tuple[2)) =  140723912702456
  ########### shallow_copied_tuple ###########id(shallow_copied_tuple) =  1932263735232id(shallow_copied_tuple[0]) =  1932263242880id(shallow_copied_tuple[1]) =  1932263636288id(shallow_copied_tuple[2)) =  140723912702456