代码收藏家技术教程 2025-01-08

Python 的深拷贝与浅拷贝详解

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] = 99

print(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] = 99

print(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] = 99

print(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] = 100

print(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