深入解析Python中可变对象和不可变对象

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最近面试被问到了这个问题，写个帖子解释一下可变对象和不可变对象

1. 对象可变性简介

在Python中，每个变量都是一个对象，每个对象都具有其创建后是否允许修改的属性，这种特性称为对象的可变性。它影响对象在传递给函数、用于表达式或存储在数据结构中时的行为。

定义

2. 不可变对象的特性

不可变对象包括数字（整数和浮点数）、字符串、元组等。这些对象的共同特点是一旦创建，它们的内存中的数据不可改变。

2.1 字符串

字符串是不可变对象的典型例子。当尝试修改字符串的内容时，Python并不是修改原有的字符串，而是创建一个新的字符串对象。

str1 = "Hello"
# 尝试更改字符串的内容
str2 = str1.replace('H', 'J')
print(str1)  # 输出 Hello，原字符串未改变
print(str2)  # 输出 Jello，创建了一个新字符串

2.2 整数和浮点数

整数和浮点数也是不可变对象。每次对数字进行修改，实际上是生成了一个新的数字对象。

x = 10
y = x
x = x + 1
print(y)  # 输出 10，y 仍然指向原来的整数对象
print(x)  # 输出 11，x 现在指向一个新的整数对象

2.3 元组

元组的不可变性示例

不能直接更改元组中的元素。如果尝试修改元组中的某个元素，Python 将抛出一个错误。

tup = (1, 2, 3)
try:
    tup[0] = 100  # 尝试修改元组的第一个元素
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出错误信息（TypeError）

元组内含可变对象

尽管元组本身是不可变的，但如果元组中包含可变对象，如列表，这些可变对象内部的内容是可以被修改的。这种情况下，元组的不可变性只适用于顶层结构，不影响内部元素的可变性。

tup_with_list = (1, [2, 3], 4)
tup_with_list[1].append(5)
print(tup_with_list)  # 输出 (1, [2, 3, 5], 4)

3. 可变对象的特性

可变对象如列表、字典和集合允许在对象创建后修改其内容。

3.1 列表

列表是最常见的可变对象之一。可以在列表中添加、删除或更改元素，而无需创建一个新的列表对象。

lst = [1, 2, 3]
lst.append(4)
print(lst)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，列表内容被修改

3.2 字典

字典也是一个可变对象。可以随时添加、删除或修改字典中的键值对。

dic = {'a': 1, 'b': 2}
dic['c'] = 3
print(dic)  # 输出 {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}，字典已更新

3.3 集合

集合的可变性示例

创建一个简单的集合，演示如何向集合中添加和删除元素。

# 创建一个初始集合
my_set = {1, 2, 3}
print("初始集合:", my_set)

# 添加、移除元素
my_set.add(4)
my_set.remove(2)
print("操作后的集合:", my_set)

集合的操作限制

尽管集合是可变的，但也有一些操作上的限制。例如，集合只能包含不可变（可哈希）的对象。因此不能将列表或另一个集合作为元素添加到集合中。

nested_set = {1, 2, 3}
try:
    nested_set.add([4, 5, 6])  # 尝试添加列表到集合中
    # nested_set.add({7, 8, 9})  # 尝试添加另一个集合到集合中
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出错误信息

4. 函数中的对象传递

理解Python中的参数传递方式——按引用传递（实际上是对象的引用地址传递）——是理解可变与不可变对象的关键。

4.1 不可变对象的传递

向函数传递不可变对象时，对该对象的任何修改都不会影响原始对象，因为实际上是创建了一个新的对象。

def update_number(n):
    n += 10

x = 5
update_number(x)
print(x)  # 输出 5，原始值未改变

4.2 可变对象的传递

相反，传递可变对象时，函数内对对象的修改将影响原始对象。

def update_list(lst):
    lst.append(4)

my_list = [1, 2, 3]
update_list(my_list)
print(my_list)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，原始列表被修改

推荐： python 错误记录
参考：Mutable vs Immutable Objects in Python

作者：Peter-Lu