代码收藏家技术教程 9天前

Python深浅拷贝解析：原理深度解析、差异对比及实用应用场景探讨

一、引言

二、Python 中的赋值与浅拷贝

赋值操作

浅拷贝

三、深拷贝的原理与应用

四、深浅拷贝的应用场景

浅拷贝的适用场景

深拷贝的适用场景

五、总结与注意事项

一、引言

在 Python 编程过程中，数据拷贝是一个常见的操作，然而深浅拷贝的概念常常让开发者感到困惑。理解深浅拷贝的区别，对于正确处理数据、避免潜在的程序错误以及优化代码性能至关重要。本文将通过实际案例，深入剖析 Python 中深浅拷贝的原理、差异及其应用场景，帮助开发者更好地掌握这一重要知识点。

二、Python 中的赋值与浅拷贝

赋值操作

在 Python 中，简单的赋值操作（如li2 = li）并不会创建一个新的对象，而是让li2和li同时指向同一个内存地址。这意味着，无论通过li2还是li对数据进行修改，都会影响到同一个对象。

li = ["馒头","黄焖鸡",["发霉的鸡肉","发霉的色素","上一位顾客口水"],"麦当劳","烤田鼠"]
print(li,id(li))
li2 = li
print(li2,id(li2))
li2[-1] = "扎蚂蚱"
print("这是处理后的数据据li2：",li2)
print("这是处理后的原始数据li：",li)

在上述代码中，li和li2的id值相同，表明它们指向同一对象。当修改li2的最后一个元素时，li的对应元素也随之改变。这种特性在某些场景下可能会带来便利，但在需要独立操作数据副本的情况下，就会导致问题。

浅拷贝

浅拷贝（如使用list.copy()方法）会创建一个新的顶层容器对象（如列表），并将原始对象的元素引用复制到新容器中。对于不可变对象（如字符串、数字），新容器中的引用与原始容器中的引用相同，因为不可变对象的值一旦创建就不能更改，所以共享引用不会有问题。但对于可变对象（如列表），新容器和原始容器中的可变对象仍然是同一个对象。

li3 = li.copy()
print(li3,id(li3))
li3[-1] = "扎蚂蚱"
print("这是处理后的数据据li3：",li3)
print("这是处理后的原始数据li：",li)

这里，li3通过li.copy()进行浅拷贝，li3和li的id值不同，说明它们是不同的列表对象。当修改li3的最后一个元素（一个不可变的字符串）时，li不受影响。然而，当列表中包含可变对象时，情况就有所不同。

li4 = li.copy()
print(li4,id(li4))
li4[2][1] = "色素"
print("这是处理后的数据据li4：",li4)
print("这是处理后的原始数据li：",li)

在这个例子中，li中嵌套的列表是可变对象。li4浅拷贝自li后，虽然li4本身是新的列表对象，但它内部嵌套的列表与li内部嵌套的列表是同一个对象。所以当修改li4中嵌套列表的元素时，li中对应的嵌套列表元素也被改变。

三、深拷贝的原理与应用

为了解决浅拷贝在处理嵌套可变对象时的局限性，Python 提供了深拷贝机制。深拷贝需要导入copy模块，并使用deepcopy函数。深拷贝会递归地复制对象及其所有嵌套的子对象，创建一个完全独立的副本，新副本与原始对象及其所有子对象在内存中都没有共享引用。

import copy
li5 = copy.deepcopy(li)
print(li5,id(li5))
li5[2][1] = "色素"
print("这是处理后的数据据li5：",li5)
print("这是处理后的原始数据li：",li)

在上述代码中，li5通过copy.deepcopy(li)进行深拷贝。当修改li5中嵌套列表的元素时，li中的对应元素保持不变。这是因为深拷贝创建了一个全新的嵌套列表对象，与原始列表中的嵌套列表完全独立。

四、深浅拷贝的应用场景

浅拷贝的适用场景

节省内存：当处理的对象包含大量不可变对象，且嵌套的可变对象结构简单、数据量较小时，浅拷贝可以在一定程度上节省内存，因为它避免了对不可变对象的重复复制。例如，一个包含大量字符串和少量简单列表的复杂数据结构，使用浅拷贝可以快速创建副本，同时减少内存开销。
需要共享部分数据：在某些情况下，希望新对象与原始对象共享部分数据，尤其是共享不可变对象部分，以提高数据处理效率。比如，在一个包含全局配置信息（不可变）和局部可变状态的对象中，使用浅拷贝创建新对象，新对象可以继承全局配置信息，同时独立管理自己的局部状态。

深拷贝的适用场景

数据安全与独立性：当需要确保新对象与原始对象在任何情况下都完全独立，互不影响时，深拷贝是首选。例如，在进行复杂的数据处理算法时，原始数据可能作为输入被多次使用，为了避免算法过程中对原始数据的意外修改，使用深拷贝创建独立的数据副本进行操作。
复杂嵌套数据结构：对于包含多层嵌套可变对象的数据结构，深拷贝能保证每一层嵌套对象都被复制为独立的副本。比如，一个包含多层嵌套列表和字典的复杂数据结构，用于存储图形的层次结构信息，深拷贝可以确保在对副本进行编辑时，不会影响原始的图形结构数据。