前言

在 Python 中，進(jìn)行變量賦值、函數(shù)傳參、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)制等操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)經(jīng)典問題：淺拷貝（Shallow Copy）與深拷貝（Deep Copy）的區(qū)別。很多初學(xué)者甚至一些有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，在面對嵌套結(jié)構(gòu)時(shí)，常常因?yàn)槔斫獠簧疃瓤樱瑢?dǎo)致程序出現(xiàn)意想不到的 Bug。

一、從一個(gè)簡單的例子開始

先來看一段代碼，猜猜輸出結(jié)果是什么：

python
original = [1, 2, [3, 4]]
copy1 = original.copy() ? ? ? ? ?# 淺拷貝
copy2 = original[:] ? ? ? ? ? ? ?# 也是淺拷貝

original[2][0] = 99
original[0] = 100

print(original) ? # [100, 2, [99, 4]]
print(copy1) ? ? ?# ???
print(copy2) ? ? ?# ???

如果你以為 copy1 和 copy2 都保持原樣 [1, 2, [3, 4]]，就犯了經(jīng)典錯(cuò)誤。實(shí)際應(yīng)該是：

python
print(copy1) ? # [1, 2, [99, 4]]
print(copy2) ? # [1, 2, [99, 4]]

為什么 copy1 的第一個(gè)元素沒變，但內(nèi)部列表卻變了？這就要從淺拷貝的本質(zhì)說起。

二、Python 中的對象與引用

在理解拷貝之前，必須先掌握 Python 中變量與對象的關(guān)系。Python 中，變量名只是對象的一個(gè)標(biāo)簽或引用，實(shí)際的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的對象里。

python
a = [1, 2, 3]
b = a ? ? ? ? ?# b 和 a 引用同一個(gè)對象
b.append(4)
print(a) ? ? ? # [1, 2, 3, 4] ? a 也被修改了

這里 b = a 只是讓 b 指向了 a 所指向的對象，并沒有創(chuàng)建新的對象。這種賦值稱為引用賦值。

拷貝則是創(chuàng)建新對象，但根據(jù)復(fù)制深度不同，新對象與原對象的關(guān)系也不同。

三、淺拷貝（Shallow Copy）

1. 什么是淺拷貝

淺拷貝會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對象，但它只復(fù)制原對象中元素的引用，而不會(huì)遞歸復(fù)制元素本身。換句話說，新對象中的子對象仍然是原對象中子對象的引用。

2. 淺拷貝的實(shí)現(xiàn)方式

Python 中常見的淺拷貝方式：

使用 copy 模塊的 copy() 函數(shù)：import copy; new_obj = copy.copy(obj)

• 對于列表：list.copy() 或 list[:] 或 list(list_obj)
• 對于字典：dict.copy() 或 dict(dict_obj)
• 對于集合：set.copy()

python
import copy

lst = [1, 2, [3, 4]]
lst_copy = copy.copy(lst) ? # 淺拷貝
lst_slice = lst[:] ? ? ? ? ? # 也是淺拷貝
lst_construct = list(lst) ? ?# 淺拷貝

print(lst_copy is lst) ? ? ? # False，外層對象不同
print(lst_copy[2] is lst[2]) # True，內(nèi)部列表是同一個(gè)

3. 淺拷貝的行為演示

python
original = [1, 2, [3, 4]]
shallow = original.copy()

original[0] = 100 ? ? ? ?# 修改外層不可變元素（int）
original[2][0] = 99 ? ? ?# 修改內(nèi)部可變列表

print(original) ? # [100, 2, [99, 4]]
print(shallow) ? ?# [1, 2, [99, 4]]

修改 original[0] 時(shí)，由于整數(shù)是不可變對象，shallow[0] 仍然指向原來的整數(shù) 1，所以不受影響。
修改 original[2][0] 時(shí)，因?yàn)?original[2] 和 shallow[2] 指向的是同一個(gè)列表對象，所以修改會(huì)反映到 shallow 中。

關(guān)鍵點(diǎn)：淺拷貝只保證外層容器是新對象，但內(nèi)部的元素依然是原對象的引用。

四、深拷貝（Deep Copy）

1. 什么是深拷貝

深拷貝會(huì)遞歸地復(fù)制原對象中的所有元素，創(chuàng)建一個(gè)完全獨(dú)立的新對象。新對象與原對象沒有任何共享的引用關(guān)系，修改原對象不會(huì)影響新對象，反之亦然。

2. 深拷貝的實(shí)現(xiàn)方式

使用 copy 模塊的 deepcopy() 函數(shù)：import copy; new_obj = copy.deepcopy(obj)

python
import copy

lst = [1, 2, [3, 4]]
deep = copy.deepcopy(lst)

print(deep is lst) ? ? ? ?# False
print(deep[2] is lst[2]) ?# False，內(nèi)部列表也被復(fù)制了

3. 深拷貝的行為演示

python
import copy

original = [1, 2, [3, 4]]
deep = copy.deepcopy(original)

original[0] = 100
original[2][0] = 99

print(original) ? # [100, 2, [99, 4]]
print(deep) ? ? ? # [1, 2, [3, 4]] ?完全不受影響

深拷貝實(shí)現(xiàn)了真正的“備份”，無論原對象結(jié)構(gòu)多復(fù)雜，新對象都擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)。

五、深入理解：自定義對象的拷貝

1. 自定義類與 __copy__、__deepcopy__

對于自定義對象，copy.copy() 和 copy.deepcopy() 會(huì)調(diào)用對象的 __copy__() 和 __deepcopy__() 方法（如果定義了）。如果沒有定義，則默認(rèn)行為是：copy.copy() 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例，并遞歸復(fù)制所有屬性（淺拷貝）。copy.deepcopy() 會(huì)遞歸復(fù)制所有屬性（深拷貝）。

但我們可以通過自定義這些方法來控制復(fù)制行為。

python
import copy

class MyClass:
? ? def __init__(self, data):
? ? ? ? self.data = data

? ? def __copy__(self):
? ? ? ? # 自定義淺拷貝行為
? ? ? ? new_instance = type(self)(self.data[:]) ? # 假設(shè) data 是列表
? ? ? ? return new_instance

? ? def __deepcopy__(self, memo):
? ? ? ? # 自定義深拷貝行為
? ? ? ? new_instance = type(self)(copy.deepcopy(self.data, memo))
? ? ? ? return new_instance

2. 不可變對象的特殊情況

對于不可變對象（如 int, str, tuple 等），淺拷貝和深拷貝沒有區(qū)別，因?yàn)樗鼈儫o法被修改。但注意，如果元組中包含可變對象，深拷貝仍然會(huì)復(fù)制那些可變對象。

python
import copy

tup = (1, 2, [3, 4])
tup_copy = copy.copy(tup)
tup_deep = copy.deepcopy(tup)

print(tup_copy is tup) ? ? ? ?# True，元組本身不可變，copy 可能返回原對象
print(tup_deep is tup) ? ? ? ?# False，deepcopy 會(huì)遞歸復(fù)制內(nèi)部列表
print(tup_deep[2] is tup[2]) ?# False

六、淺拷貝與深拷貝的對比

七、容易踩的坑

坑1：認(rèn)為 = 是拷貝

python
a = [1, 2, 3]
b = a
b.append(4)
print(a) ? # [1, 2, 3, 4] ? a 也被改了

很多人會(huì)以為 b = a 創(chuàng)建了一個(gè)副本，實(shí)際上只是多了一個(gè)引用。

坑2：混淆 copy() 與 deepcopy() 對嵌套結(jié)構(gòu)的影響

python
original = [[1, 2], [3, 4]]
shallow = original.copy()
shallow[0][0] = 99
print(original) ?# [[99, 2], [3, 4]] ?原數(shù)據(jù)被改了！

期望的是復(fù)制，卻因?yàn)闇\拷貝共享了內(nèi)部列表，導(dǎo)致原數(shù)據(jù)被意外修改。

坑3：深拷貝時(shí)遇到循環(huán)引用

python
import copy

a = []
b = [a]
a.append(b) ? # 形成循環(huán)引用

c = copy.deepcopy(a) ? # 默認(rèn)可以處理，不會(huì)無限遞歸
print(c) ?# [[[...]]]

deepcopy 內(nèi)部使用 memo 字典記錄已經(jīng)復(fù)制過的對象，可以安全處理循環(huán)引用。

坑4：認(rèn)為所有對象都能被深拷貝

有些對象（如文件對象、線程鎖、數(shù)據(jù)庫連接等）不能被復(fù)制，深拷貝會(huì)拋出異常。對于這類對象，通常需要自定義 __deepcopy__ 方法返回自身或合適的表示。

python
import copy

f = open('test.txt', 'w')
# copy.deepcopy(f) ? # TypeError: cannot pickle '_io.TextIOWrapper' object

八、實(shí)際應(yīng)用場景

場景1：防御性編程

當(dāng)需要將對象傳遞給不可信的函數(shù)，且不希望函數(shù)修改原對象時(shí)，可以用深拷貝。

python
def process(data):
? ? # 可能會(huì)修改 data，但不想影響外部
? ? data_local = copy.deepcopy(data)
? ? # ... 操作 data_local

場景2：緩存與狀態(tài)保存

在實(shí)現(xiàn)撤銷、重做功能時(shí)，需要保存對象的歷史狀態(tài)，深拷貝可以保證狀態(tài)獨(dú)立。

python
class Document:
? ? def __init__(self):
? ? ? ? self.content = []
? ? def save_state(self):
? ? ? ? return copy.deepcopy(self.content)
? ? def restore_state(self, state):
? ? ? ? self.content = state

場景3：多線程編程

多個(gè)線程需要獨(dú)立處理同一份數(shù)據(jù)副本時(shí)，可以使用深拷貝避免競態(tài)條件。

場景4：配置管理

當(dāng)多個(gè)模塊需要基于同一份默認(rèn)配置生成自己的獨(dú)立配置時(shí)，深拷貝可以防止互相干擾。

九、性能考量與最佳實(shí)踐

1. 避免不必要的深拷貝

深拷貝可能非常耗時(shí)，尤其是對于大型對象。盡量只在必要時(shí)使用。

python
# 如果只需要復(fù)制一層，用淺拷貝
new_list = old_list[:]

# 如果內(nèi)部元素是不可變對象，淺拷貝就夠了
nums = [1, 2, 3]
new_nums = nums[:] ? # 安全，因?yàn)檎麛?shù)不可變

2. 自定義復(fù)制方法提高效率

對于自定義類，可以重寫 __copy__ 和 __deepcopy__ 來優(yōu)化復(fù)制行為，比如共享某些不必復(fù)制的部分。

3. 利用 copyreg 模塊注冊復(fù)制函數(shù)

對于無法直接復(fù)制的對象（如第三方庫中的類型），可以通過 copyreg 模塊注冊復(fù)制函數(shù)。

十、總結(jié)

1. 淺拷貝：創(chuàng)建新對象，但內(nèi)部元素是原對象的引用。適合簡單結(jié)構(gòu)或不需要完全隔離的場景。

2. 深拷貝：遞歸復(fù)制所有內(nèi)容，得到完全獨(dú)立的新對象。適合復(fù)雜嵌套結(jié)構(gòu)且需要完全隔離的場景。

3. 賦值（=）不是拷貝，只是引用綁定。

4. 對于不可變對象，淺拷貝與深拷貝差別不大，但若內(nèi)部包含可變對象，深拷貝仍然會(huì)復(fù)制。

5. 使用 copy 模塊時(shí)注意性能開銷，避免濫用深拷貝。

到此這篇關(guān)于Python深拷貝與淺拷貝實(shí)現(xiàn)及對比的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python深拷貝與淺拷貝內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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