Python對象的淺復制與深復制
發(fā)布于：2021-02-01 14:28:20
Python中的賦值語句不創(chuàng)建對象的副本，它們只將名稱綁定到對象。對于不可變對象，這通常沒有什么區(qū)別。
但是對于處理可變對象或可變對象的集合，您可能正在尋找一種方法來創(chuàng)建這些對象的“真實副本”或“克隆”。
本質(zhì)上，您有時需要可以修改的副本，而無需同時自動修改原始副本。在本文中，我將向您簡要介紹如何在python3中復制或“克隆”對象，以及其中涉及的一些注意事項。
注意：本教程是用Python3編寫的，但在復制對象方面，Python2和Python3沒有什么區(qū)別。如果有差異，我會在文中指出。
讓我們先看看如何復制Python的內(nèi)置集合。Python內(nèi)置的可變集合（如list、dict和set）可以通過在現(xiàn)有集合上調(diào)用它們的工廠函數(shù)來復制：
new_list = list(original_list)
new_dict = dict(original_dict)
new_set = set(original_set)
但是，這種方法不適用于自定義對象，除此之外，它只創(chuàng)建淺復制。對于列表、dict和set等復合對象，淺復制和深復制有一個重要區(qū)別：
淺復制意味著構(gòu)造一個新的集合對象，然后用在原始集合中找到的子對象的引用填充它。從本質(zhì)上說，淺復制只是一個層次的深復制。復制過程不會遞歸，因此不會創(chuàng)建子對象本身的副本。
深度復制使復制過程遞歸。這意味著首先構(gòu)造一個新的集合對象，然后用在原始集合中找到的子對象的副本遞歸地填充它。以這種方式復制對象會遍歷整個對象樹，以創(chuàng)建原始對象及其所有子對象的完全獨立克隆。
我知道，那有點過分了。所以讓我們看一些例子來說明深復制和淺復制之間的區(qū)別。
進行淺復制
在下面的示例中，我們將創(chuàng)建一個新的嵌套列表，然后使用list()工廠函數(shù)對其進行淺復制：
>>> xs = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> ys = list(xs) # Make a shallow copy
這意味著ys現(xiàn)在將是一個新的獨立對象，其內(nèi)容與xs相同。您可以通過檢查兩個對象來驗證這一點：
>>> xs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> ys
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
要確認ys確實獨立于原始對象，讓我們設計一個小實驗。您可以嘗試將新的子列表添加到原始列表（xs），然后檢查以確保此修改不會影響副本（ys）：
>>> xs.append(['new sublist'])
>>> xs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9], ['new sublist']]
>>> ys
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
如您所見，這達到了預期的效果。在“淺表”級別修改復制的列表完全沒有問題。
但是，由于我們只創(chuàng)建了原始列表的淺表副本，ys仍然包含對存儲在xs中的原始子對象的引用這些子對象沒有被復制。它們只是在復制的列表中再次引用。
因此，當您修改xs中的一個子對象時，這種修改也會反映在ys中，這是因為兩個列表共享相同的子對象。副本只是一個淺的、一級的深副本：
>>> xs[1][0] = 'X'
>>> xs
[[1, 2, 3], ['X', 5, 6], [7, 8, 9], ['new sublist']]
>>> ys
[[1, 2, 3], ['X', 5, 6], [7, 8, 9]]
在上面的示例中，我們（似乎）只對xs進行了更改。但事實證明，在xs和ys中，索引1處的兩個子列表都被修改了。再次發(fā)生這種情況是因為我們只創(chuàng)建了原始列表的淺副本。
如果我們在第一步中創(chuàng)建了xs的深副本，兩個對象將完全獨立。這就是對象的淺復制和深復制之間的實際區(qū)別。
現(xiàn)在您知道如何創(chuàng)建一些內(nèi)置集合類的淺復制，并且知道了淺復制和深復制之間的區(qū)別。我們?nèi)匀恍枰卮鸬膯栴}是：
如何創(chuàng)建內(nèi)置集合的深度副本？
如何創(chuàng)建任意對象（包括自定義類）的副本（淺副本和深副本）？
這些問題的答案在Python標準庫的copy模塊中。此模塊提供了一個簡單的界面，用于創(chuàng)建任意Python對象的淺復制和深復制。
制作深度復制
讓我們重復前面的列表復制示例，但有一個重要區(qū)別。這次我們將使用copy模塊中定義的deepcopy()函數(shù)來創(chuàng)建深度副本：
>>> import copy
>>> xs = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs = copy.deepcopy(xs)
當您檢查xs及其用copy.deepcopy()創(chuàng)建的克隆zs時，您將看到它們看起來又是一樣的上一個示例：
>>> xs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
但是，如果您對原始對象（xs）中的一個子對象進行修改，您將看到此修改不會影響深度副本（zs）。
這一次，原始對象和副本都是完全獨立的。xs是遞歸克隆的，包括它的所有子對象：
>>> xs[1][0] = 'X'
>>> xs
[[1, 2, 3], ['X', 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
您現(xiàn)在可能需要花一些時間坐下來使用Python解釋器并播放這些示例。當你開始親身體驗和體驗這些例子時，你可以更輕松地將你的頭腦圍繞在復制對象上。
順便說一句，你也可以使用copy模塊中的函數(shù)創(chuàng)建淺復制。copy.copy()函數(shù)創(chuàng)建對象的淺復制。
如果您需要清楚地告知您正在代碼中的某個地方創(chuàng)建淺復制，這將非常有用。使用copy.copy()可以指示此事實。但是，對于內(nèi)置的集合，只需使用list、dict和set factory函數(shù)來創(chuàng)建淺層副本就被認為更具Pythonic了。
復制任意Python對象
我們?nèi)匀恍枰卮鸬膯栴}是如何創(chuàng)建任意對象（包括自定義類）的副本（淺副本和深副本）?，F(xiàn)在讓我們來看看。
再一次，copy模塊來拯救我們。它的copy.copy()和copy.deepcopy()功能可用于復制任何對象。
再次強調(diào)，了解如何使用這些功能的最佳方法是通過簡單的實驗。我將以前面的列表復制示例為基礎。讓我們從定義一個簡單的2D點類開始：
class Point:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def __repr__(self):
return f'Point({self.x!r}, {self.y!r})'
我希望您同意這非常簡單。我添加了一個__repr__()實現(xiàn)，這樣我們就可以在Python解釋器中輕松地檢查從這個類創(chuàng)建的對象。
注意：上面的示例使用python3.6f-string來構(gòu)造__repr__返回的字符串。在Python2和Python3.6之前的版本上，您將使用不同的字符串格式表達式，例如：
def __repr__(self):
return 'Point(%r, %r)' % (self.x, self.y)
接下來，我們將創(chuàng)建一個Point實例，然后（粗略地）復制它，使用copy模塊：
>>> a = Point(23, 42)
>>> b = copy.copy(a)
如果我們檢查原始Point對象及其（淺層）克隆的內(nèi)容，我們會看到預期的結(jié)果：
>>> a
Point(23, 42)
>>> b
Point(23, 42)
>>> a is b
False
這里還有一些需要記住的內(nèi)容。因為我們的點對象使用不可變類型（int）作為其坐標，所以在這種情況下淺復制和深復制沒有區(qū)別。但我馬上就要展開這個例子了。
讓我們轉(zhuǎn)到一個更復雜的例子。我將定義另一個類來表示二維矩形。我將用一種方法來創(chuàng)建一個更復雜的對象層次結(jié)構(gòu)我的矩形將使用Point對象來表示它們的坐標：
class Rectangle:
def __init__(self, topleft, bottomright):
self.topleft = topleft
self.bottomright = bottomright
def __repr__(self):
return (f'Rectangle({self.topleft!r}, '
f'{self.bottomright!r})')
再次，首先我們將嘗試創(chuàng)建一個矩形實例的淺層副本：
rect = Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
srect = copy.copy(rect)
如果您檢查原始矩形及其副本，您將看到__repr__()重寫工作得多么順利，淺復制過程也按預期工作：
>>> rect
Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
>>> srect
Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
>>> rect is srect
False
還記得前面的列表示例如何說明深復制和淺復制之間的區(qū)別嗎？我要用同樣的方法。我將在對象層次結(jié)構(gòu)中更深層地修改一個對象，然后您將在（淺層）副本中看到這一更改：
>>> rect.topleft.x = 999
>>> rect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
>>> srect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
我希望這是您所期望的。接下來，我將創(chuàng)建原始矩形的深度副本。然后我將應用另一個修改，您將看到哪些對象受到影響：
>>> drect = copy.deepcopy(srect)
>>> drect.topleft.x = 222
>>> drect
Rectangle(Point(222, 1), Point(5, 6))
>>> rect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
>>> srect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
Voila！這一次，深復制（drect）完全獨立于原始拷貝（rect）和淺復制（srect）。
我們在這里討論了很多問題，復制對象還有一些更精細的地方。
深入是值得的（哈?。┰诒局黝}中，您可能需要學習copy模塊文檔。例如，對象可以通過在其上定義特殊方法__copy__()和__deepcopy__()來控制它們的復制方式。
記住的3件事
對對象進行淺層復制不會克隆子對象。因此，副本并非完全獨立于原始對象。
對象的深度副本將遞歸地克隆子對象。克隆完全獨立于原始副本，但創(chuàng)建深度副本的速度較慢。
您可以使用
copy模塊復制任意對象（包括自定義類）。
