Python的深浅拷贝讲解!
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· 2020-12-07
前言
在很多语言中都存在深浅拷贝两种拷贝数据的方式,Python中也不例外。本文中详细介绍了Python中的深浅拷贝的相关知识,文章的内容包含:
对象、数据类型、引用 赋值 浅拷贝 深拷贝
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一、Python对象
我们经常听到:在Python中一切皆对象。其实,说的就是我们在Python中构造的任何数据类型都是一个对象,不管是数字、字符串、字典等常见的数据结构,还是函数,甚至是我们导入的模块等,Python都会把它当做是一个对象来处理。
所有的Python对象都拥有3个属性:
身份 类型 值
我们看一个简单的例子来理解上面的3个属性:
假设我们声明了一个name变量,通过id、type方法能够查看对象的身份和类型:
![](https://filescdn.proginn.com/fb742b04091ad5a33a41b4adf1310e21/9d452bb062b25403fe127b22df3de2a8.webp)
甚至是type本身也是一个对象,它也拥有自己的身份、类型:
![](https://filescdn.proginn.com/5fc1b2ae21e2397bfd231a416f8d6026/25d2bdccffcb135dbd7bee36ece28159.webp)
Python中,万物皆对象
二、数据类型
2.1 可变和不可变类型
在Python中,按照更新对象的方式,我们可以将对象分为2大类:可变数据类型和不可变数据类型。
不可变数据类型:数值、字符串、布尔值。不可变对象就是对象的身份和值都不可变。新创建的对象被关联到原来的变量名,旧对象被丢弃,垃圾回收器会在适当的时机回收这些对象。
可变数据类型:列表、字典、集合。所谓的可变指的是可变对象的值可变,但是身份是不可变的。
首先我们看看不可变对象:
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当我们定义了一个对象str1,给其赋值了“python”,便会在内存中找到一个固定的内存地址来存放;但是,当我们将“python”定义成另一个变量名的时候,我们发现:它在内存中的位置是不变的。
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也就是说,这个变量在计算机内存中的位置是不变的,只是换了一个名字来存放,来看3个实际的例子:
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以上的例子说明:当我们对字符串、数值型、布尔值的数据改变变量名,并不会影响到数据在内存中的位置。
我们看看可变类型的例子,列表、字典、集合都是一样的效果:
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虽然是相同的数据,但是变量名字不同,内存中仍然会开辟新的内存地址来进行存放相同的数据,我们以字典为例:
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2.2 引用
在Python语言中,每个对象都会在内存中申请开辟一块新的空间来保存对象;对象在内存中所在位置的地址称之为引用。
可以说,我们定义的变量名实际上就是对象的地址引用。引用实际上就是内存中的一个数字地址编号。在使用对象的时候,只要知道这个对象的地址,我们就可以操作这个对象。
因为这个数字地址不太容易记忆,所以我们使用变量名的形式来代替对象的数字地址。在Python中,变量就是地址的一种表示形式,并不会开辟新的存储空间。
我们通过一个例子来说明变量和变量指向的引用(内存地址)实际上就是一个东西:
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三、赋值
3.1 相同数据,不同变量名
讨论完Python的对象、属性和引用3个重要的概念之后,在正式介绍深浅拷贝之前,我们先讨论Python中的赋值。
在Python中,每次赋值都会开辟新的内存地址来存放数据,比如我们同时存放一个列表[1,2,3],即使数据是相同的,但是内存地址却不同:
![](https://filescdn.proginn.com/c158eff0a0c5e8db58448291969eadbe/54945af55d16e8a2418547058bc277bd.webp)
其实就是两个不同的变量,只是恰好它们存放了相同的数据而已,但是存放的地址是不同的。
![](https://filescdn.proginn.com/406f97662fd17a0b7c4afc5325834a38/6c0ce4cb58a19690f6c26f3b035ab85d.webp)
我们给v1列表追加了一个元素,发现它的内存地址是不变的,当然v2肯定是不变的:
![](https://filescdn.proginn.com/4a2f8e20c2129397082fcdb3bbc94e85/56bf2b984b37a5d1ccd490577fdbac5a.webp)
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3.2 一个变量多次赋值
如果我们对一个变量多次赋值,其内存是会变化的:
![](https://filescdn.proginn.com/18c94cf07cd0015ac04fd20af9995b9a/ab2a38e3598bb60a2a2e5072cb9ed04d.webp)
![](https://filescdn.proginn.com/bc3f870261722a53080213dec03fcbde/1cda740df364631f72a8fd3471d15c56.webp)
3.3 变量赋值
将一个变量赋值给另一个变量,其实它们就是同一个对象:数据相同,在内存中的地址也相同:
![](https://filescdn.proginn.com/970babedc1a614091e6a8d24e42f7a9e/512938c37576979e98fdb431c466778f.webp)
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当我们给V1追加一个元素,V2也会同时变化:
![](https://filescdn.proginn.com/7b49ede0010b39a7ae37c6bfc9f35d67/136a635f12e924adacc8f45236ca9124.webp)
实际上它们就是同一个对象!!!!
3.4 嵌套赋值
如果是列表中嵌套着另外的列表,那么当改变其中一个列表的时候,另一个列表中的也会随着改变:
![](https://filescdn.proginn.com/d1dc75fc09064c810c5659d84033cae0/7d07491e5ac009a370e1c0902b71a775.webp)
原始数据信息:
![](https://filescdn.proginn.com/0ebcf8d0365bf93e89cb250b7767a9df/cef5543330d4f9ab8d5ebe75dd595085.webp)
当我们给v1追加了新元素之后:
![](https://filescdn.proginn.com/1792850c70ae33829930664f0249a497/cce49159f6ee75bc506342b5f53433a2.webp)
总结:赋值其实就是将一个对象的地址赋值给一个变量,使得变量指向该内存地址。
四、浅拷贝
在Python中进行拷贝之前,我们需要导入模块:
import copy
⚠️浅拷贝只是拷贝数据的第一层,不会拷贝子对象。
4.1 不可变类型的浅拷贝
如果只是针对不可变的数据类型(字符串、数值型、布尔值),浅拷贝的对象和原数据对象是相同的内存地址:
![](https://filescdn.proginn.com/a46bbfec3b4dc642dd16890bd1bdd2dd/77ef29a7c52197c5409645aa3d695704.webp)
![](https://filescdn.proginn.com/177bc54da8b479f4ca19870aa5d32167/79364472643886a01368d809ce38b812.webp)
从上面的结果中我们可以看出来:针对不可变类型的浅拷贝,只是换了一个名字,对象在内存中的地址其实是不变的。
![](https://filescdn.proginn.com/d57b2e5f20a4ad21a4f5d7705a0d34d6/7cd77dc948a36f78519c31a64229b1bb.webp)
4.2 可变类型的浅拷贝
首先我们讨论的是不存在嵌套类型的可变类型数据(列表、字典、集合):
![](https://filescdn.proginn.com/998b6d70362516e73ba4ae15d570d20d/7a4f3f7a57632dfa7c0b409033a4caf7.webp)
从上面的例子看出来:
列表本身的浅拷贝对象的地址和原对象的地址是不同的,因为列表是可变数据类型。 列表中的元素(第1个元素为例)和浅拷贝对象中的第一个元素的地址是相同的,因为元素本身是数值型,是不可变的。
通过一个图形来说明这个关系:
![](https://filescdn.proginn.com/729c807edbd9cd048f5ac2f3676dbe51/231fba86db54010fdb80c12df3ffd35b.webp)
字典中也存在相同的情况:字典本身的内存地址不同,但是里面的键、值的内存地址是相同的,因为键值都是不可变类型的数据。
![](https://filescdn.proginn.com/263fc9ea8a093d7dc9b0b9701b718b94/11c005d1a1f2eaba5343f7539fbda894.webp)
如果可变类型的数据中存在嵌套的结构:
![](https://filescdn.proginn.com/cc69e020cd0d1b5f011e1dfe49535b88/1c6214fb25085dac432e99ed202ed637.webp)
从上面的两个例子中我们可以看出来:
在可变类型的数据中,如果存在嵌套的结构类型,浅拷贝只复制最外层的数据,导致内存地址发生变化,里面数据的内存地址不会变。
五、深拷贝
深拷贝不同于浅拷贝的是:深拷贝会拷贝所有的可变数据类型,包含嵌套的数据中的可变数据。深拷贝是变量对应的值复制到新的内存地址中,而不是复制数据对应的内存地址。
5.1 不可变类型的深拷贝
关于不可变类型的深浅拷贝,其效果是相同的,具体看下面的例子:
![](https://filescdn.proginn.com/338a4e7b445e3b4a8bf8ce2e5658196a/8eb40187fa614ecd584da4a169dff879.webp)
![](https://filescdn.proginn.com/f561d8e502abc361be8ef72b58316dd3/f941668ce426d3d778b32e6d5947cf23.webp)
![](https://filescdn.proginn.com/719f5b972abbce42d36264499782179d/6c66cff83023536193ede2d97ea9b762.webp)
我们得出一个结论:针对不可变数据类型的深浅拷贝,其结果是相同的。
5.2 可变类型的深拷贝
首先我们讨论的是不存在嵌套的情况:
针对列表数据:
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![](https://filescdn.proginn.com/5505490ace7dc9f3cabf371321435652/e645a981086a8636e1a1497d7fd9bf73.webp)
针对字典数据:
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![](https://filescdn.proginn.com/54687d3ab09a26de611cb76c4865e927/0f9f9a7f95cfea15a552768428722549.webp)
我们可以得出结论:
深拷贝对最外层数据是只拷贝数据,会开辟新的内存地址来存放数据。 深拷贝对里面的不可变数据类型直接复制数据和地址,和可变类型的浅拷贝是相同的效果。
![](https://filescdn.proginn.com/b1dc2d8283f23ee43cea89bf437e68b5/cce175f1bfdd2b3b2feff3a9faaa3fbe.webp)
我们讨论存在嵌套类型的深拷贝(以列表为例)。
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结论1:对整个存在嵌套类型的数据进行深浅拷贝都会发生内存的变化,因为数据本身是可变的。
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结论2:我们查看第一个元素1的内存地址,发生三者是相同的,因为1是属于数值型,是不可变类型。
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结论3:我们查看第三个元素即里面嵌套列表的内存,发现只有深拷贝是不同的,因为这个嵌套的列表是可变数据类型,深拷贝在拷贝了最外层之后还会继续拷贝子层级的可变类型。
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结论4:我们查看嵌套列表中的元素的内存地址,发现它们是相同的,因为元素是数值型,是不可变的,不受拷贝的影响。
六、元组的深浅拷贝
元组本身是不可变数据类型,但是其中的值是可以改变的,内部可以有嵌套可变数据类型,比如列表等,会对它的拷贝结果造成影响。
6.1 不存在嵌套结构
当元组中不存在嵌套结构的时候,元组的深浅拷贝是相同的效果:
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6.2 存在嵌套结构
当元组的数据中存在嵌套的可变类型,比如列表等,深拷贝会重新开辟地址,将元组重新成成一份。
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七、is和==
在文章的开始就已经谈过:在Python中每个变量都有自己的标识、类型和值。每个对象一旦创建,它的标识就绝对不会变。一个对象的标识,我们可以理解成其在内存中的地址。is()
运算符比较的是两个对象的标识;id()
方法返回的就是对象标识的整数表示。
总结:is()
比较对象的标识;==
运算符比较两个对象的值(对象中保存的数据)。在实际的编程中,我们更多关注的是值,而不是标识本身。
第一个例子:我们创建了两个不同的对象,只是它们的值刚好相同而已。
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![](https://filescdn.proginn.com/32e9ddea25e30c08d4b1b7b0fba18ba2/ef109e1c4c105d6e5dad621a06104130.webp)
第二个例子:我们先创建了一个对象v3,然后将他赋值给另一个对象v4,其实它们就是相同的对象,所以标识(内存地址)是相同的,只是它们的名字不同而已。
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![](https://filescdn.proginn.com/53d0e88b723aaeac6c4690d0c1d094a7/d552254fce4cc7e18745b8a8f4424d77.webp)
总结
通过大量的例子,我们得出结论:
在不可变数据类型中,深浅拷贝都不会开辟新的内存空间,用的都是同一个内存地址。 在存在嵌套可变类型的数据时,深浅拷贝都会开辟新的一块内存空间;同时,不可变类型的值还是指向原来的值的地址。
不同的是:在嵌套可变类型中,浅拷贝只会拷贝最外层的数据,而深拷贝会拷贝所有层级的可变类型数据。