Python對象中的淺拷貝和深拷貝

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Python中的賦值語句不會創建對象的副本，而只是給對象綁定了新的名稱。對於不可變對象，這通常沒什麼區別。

但是在處理可變對象或可變對象集合時，你可能想找到一種方法來創建這些對象的「真正的副本」或「克隆」。

本質上來說就是有時候你會希望拷貝被修改時原對象不會自動修改。在這篇文章中，我將會告訴你如何在Python 3中拷貝或「克隆」對象，以及涉及的其他注意事項。

注意：本教程是用Python 3編寫的，但涉及到拷貝對象時，Python 2和3之間幾乎沒有區別。當有差異時，我會在文中指出它們。

我們先看看如何拷貝Python的內置集合。通過在現有集合上調用其工廠函數即可拷貝Python的內置可變集合（如列表，字典和集合）：

但是，此方法不適用於自定義對象，並且最重要的是，它僅創建淺拷貝。對於像列表，字典和集合這樣的複合對象，淺拷貝和深拷貝之間有一個重要區別：

• 淺拷貝會構建一個新的集合對象，然後用原對象的子對象的引用填充它。實質上，淺拷貝只有一層。拷貝過程不會遞歸，因此不會創建子對象本身的副本。

• 深拷貝會遞歸拷貝過程。這意味著會首先構造一個新的集合對象，然後遞歸地填充原始對象中的子對象的副本。以這種方式拷貝對象會遍歷整個對象樹，從而創建原始對象及其所有子對象的完全獨立的副本。

我知道這有點繞口，所以讓我們通過一些例子來深入了解淺拷貝和深拷貝的區別。

在下面的例子中，我們將創建一個新的嵌套列表，然後用工廠函數list對它進行淺拷貝：

這意味著ys現在將是一個新的獨立的對象，其內容與xs一致。你可以通過檢查這兩個對象來驗證這一點：

為了確認ys真的是獨立於原對象，我們來設計一個小實驗。你可以嘗試添加一個新的子列表到原始對象（xs），然後檢查以確保此修改不會影響副本（ys）：

正如你所看到的，這具有預期的效果。在「表面」級別修改列表副本完全沒有問題。

但是，由於我們只創建了原始列表的淺拷貝，因此ys仍包含對存儲在xs中的原始子對象的引用。

這些子對象沒有被複制。他們只是在複製列表中再次引用。

因此，當你修改xs中一個子對象時，此修改也會在ys中反映出來——這是因為兩個列表共享相同的子對象。這種拷貝只是一個淺層，一層的拷貝：

在上面的例子中，我們（似乎）只對xs做了一些改變。但事實證明，xs和ys索引為1的子列表都進行了修改。發生這種情況是因為我們只創建了原始列表的淺拷貝。

如果我們在第一步創建了xs的深拷貝，那麼這兩個對象將完全獨立。這是對象的淺層和深層拷貝之間的實際區別。

現在你知道了如何創建一些內置集合類的淺拷貝，並且也知道了淺拷貝和深拷貝之間的區別。我們還想知道的是：

• 如何創建內置集合的深拷貝？

• 如何創建任意對象的（淺和深）拷貝，包括自定義類？

這些問題的答案是Python標準庫中的copy模塊。該模塊提供了一個簡單的介面來創建任意Python對象的深淺拷貝。

讓我們重複前面的列表複製示例，但有一個重要的區別。這次我們將使用copy模塊中定義的deepcopy函數創建一個深拷貝：

當你檢查xs和我們用copy.deepcopy創建的副本zs時，你會發現它們看起來都一樣——就像前面的例子一樣：

但是，如果你對原始對象（xs）中的某個子對象進行了修改，則會看到此修改不會影響深拷貝（zs）。

這兩個對象，原始對象和副本，這次是完全獨立的。xs被遞歸拷貝，包括它的所有子對象：

你可能需要花一些時間利用Python解釋器嘗試正確地使用這些示例。當你親身體驗這些例子後，你對拷貝的理解會更容易。

順便說一下，你還可以使用copy模塊中的函數創建淺拷貝。copy.copy函數會創建對象的淺拷貝。

如果你需要清楚地表明你正在代碼中某處創建淺拷貝，這非常有用。使用copy.copy可以讓你指出這一事實。但是，對於內置集合，只需使用列表，字典和集合的工廠函數來創建淺拷貝，這更有python的風格。

我們仍然需要回答的問題是如何創建任意對象的（深淺）拷貝，包括自定義類。現在我們來看看。

copy模塊能再次幫我們。它的copy.copy和copy.deepcopy函數可用於複製任何對象。

同樣再次，理解如何使用這些的最好方法是通過一個簡單的實驗。依然以之前的列表複製示例為例。我們首先定義一個簡單的二維點類：

我希望你們認可這很簡單。我添加了一個__repr__實現，以便我們可以輕鬆地在Python解釋器中檢查由此類創建的對象。

注意：上面的例子使用Python 3.6的f-string來構造__repr__返回的字元串。在Python 2和Python 3之前的版本中，你需要使用不同的字元串格式表達式，例如：

接下來，我們將創建一個點實例，然後使用copy模塊進行淺拷貝：

如果我們檢查原始點對象和它的（淺）拷貝的內容，我們會看到正如預期的那樣：

要記住，由於我們的點對象使用原始類型（int）作為其坐標，因此在這種情況下，淺拷貝和深拷貝之間沒有區別。但我接下來會擴展這個例子。

我們來看一個更複雜的例子。我要定義另一個類來表示二維矩形。我將使對象的層次結構更複雜——我的矩形將使用點對象來表示它們的坐標：

再次，我們首先嘗試創建一個矩形實例的淺拷貝：

如果你檢查原始矩形及其副本，你會看到__repr__重寫進行良好，並且淺拷貝過程按預期工作：

還記得前面的列表示例如何說明深和淺拷貝之間的區別嗎？我將在這裡使用相同的方法。我將在對象層次結構中的更深層修改一個對象，然後你會看到（淺層）拷貝中反映的此更改：

我希望這和你預期的一致。接下來，我將創建原始矩形的深拷貝。然後我將進行另一個修改，你會看到哪些對象受到影響：

瞧！這次深拷貝（drect）完全獨立於原始（rect）和淺拷貝（srect）。

我們已經在這裡介紹了很多內容，但關於複製對象還有一些細節。

在這個話題上深入研究是值得的，因此你可能需要研究copy模塊文檔。例如，通過定義特殊函數__copy__和__deepcopy__，對象可以控制它們如何被拷貝。

• 創建對象的淺拷貝不會克隆子對象。因此，副本不完全獨立於原對象。

• 對象的深層副本將遞歸地拷貝子對象。拷貝完全獨立於原始文件，但創建深拷貝較慢。

• 可以使用copy模塊拷貝任意對象（包括自定義類）。

英文原文：https://realpython.com/blog/python/copying-python-objects/
譯者：β

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