Python对象的浅复制与深复制
发布于：2021-02-01 14:28:20
Python中的赋值语句不创建对象的副本，它们只将名称绑定到对象。对于不可变对象，这通常没有什么区别。
但是对于处理可变对象或可变对象的集合，您可能正在寻找一种方法来创建这些对象的“真实副本”或“克隆”。
本质上，您有时需要可以修改的副本，而无需同时自动修改原始副本。在本文中，我将向您简要介绍如何在python3中复制或“克隆”对象，以及其中涉及的一些注意事项。
注意：本教程是用Python3编写的，但在复制对象方面，Python2和Python3没有什么区别。如果有差异，我会在文中指出。
让我们先看看如何复制Python的内置集合。Python内置的可变集合（如list、dict和set）可以通过在现有集合上调用它们的工厂函数来复制：
new_list = list(original_list)
new_dict = dict(original_dict)
new_set = set(original_set)
但是，这种方法不适用于自定义对象，除此之外，它只创建浅复制。对于列表、dict和set等复合对象，浅复制和深复制有一个重要区别：
浅复制意味着构造一个新的集合对象，然后用在原始集合中找到的子对象的引用填充它。从本质上说，浅复制只是一个层次的深复制。复制过程不会递归，因此不会创建子对象本身的副本。
深度复制使复制过程递归。这意味着首先构造一个新的集合对象，然后用在原始集合中找到的子对象的副本递归地填充它。以这种方式复制对象会遍历整个对象树，以创建原始对象及其所有子对象的完全独立克隆。
我知道，那有点过分了。所以让我们看一些例子来说明深复制和浅复制之间的区别。
进行浅复制
在下面的示例中，我们将创建一个新的嵌套列表，然后使用list()工厂函数对其进行浅复制：
>>> xs = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> ys = list(xs) # Make a shallow copy
这意味着ys现在将是一个新的独立对象，其内容与xs相同。您可以通过检查两个对象来验证这一点：
>>> xs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> ys
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
要确认ys确实独立于原始对象，让我们设计一个小实验。您可以尝试将新的子列表添加到原始列表（xs），然后检查以确保此修改不会影响副本（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]]
如您所见，这达到了预期的效果。在“浅表”级别修改复制的列表完全没有问题。
但是，由于我们只创建了原始列表的浅表副本，ys仍然包含对存储在xs中的原始子对象的引用这些子对象没有被复制。它们只是在复制的列表中再次引用。
因此，当您修改xs中的一个子对象时，这种修改也会反映在ys中，这是因为两个列表共享相同的子对象。副本只是一个浅的、一级的深副本：
>>> 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，我们（似乎）只对xs进行了更改。但事实证明，在xs和ys中，索引1处的两个子列表都被修改了。再次发生这种情况是因为我们只创建了原始列表的浅副本。
如果我们在第一步中创建了xs的深副本，两个对象将完全独立。这就是对象的浅复制和深复制之间的实际区别。
现在您知道如何创建一些内置集合类的浅复制，并且知道了浅复制和深复制之间的区别。我们仍然需要回答的问题是：
如何创建内置集合的深度副本？
如何创建任意对象（包括自定义类）的副本（浅副本和深副本）？
这些问题的答案在Python标准库的copy模块中。此模块提供了一个简单的界面，用于创建任意Python对象的浅复制和深复制。
制作深度复制
让我们重复前面的列表复制示例，但有一个重要区别。这次我们将使用copy模块中定义的deepcopy()函数来创建深度副本：
>>> import copy
>>> xs = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs = copy.deepcopy(xs)
当您检查xs及其用copy.deepcopy()创建的克隆zs时，您将看到它们看起来又是一样的上一个示例：
>>> xs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
但是，如果您对原始对象（xs）中的一个子对象进行修改，您将看到此修改不会影响深度副本（zs）。
这一次，原始对象和副本都是完全独立的。xs是递归克隆的，包括它的所有子对象：
>>> xs[1][0] = 'X'
>>> xs
[[1, 2, 3], ['X', 5, 6], [7, 8, 9]]
>>> zs
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
您现在可能需要花一些时间坐下来使用Python解释器并播放这些示例。当你开始亲身体验和体验这些例子时，你可以更轻松地将你的头脑围绕在复制对象上。
顺便说一句，你也可以使用copy模块中的函数创建浅复制。copy.copy()函数创建对象的浅复制。
如果您需要清楚地告知您正在代码中的某个地方创建浅复制，这将非常有用。使用copy.copy()可以指示此事实。但是，对于内置的集合，只需使用list、dict和set factory函数来创建浅层副本就被认为更具Pythonic了。
复制任意Python对象
我们仍然需要回答的问题是如何创建任意对象（包括自定义类）的副本（浅副本和深副本）。现在让我们来看看。
再一次，copy模块来拯救我们。它的copy.copy()和copy.deepcopy()功能可用于复制任何对象。
再次强调，了解如何使用这些功能的最佳方法是通过简单的实验。我将以前面的列表复制示例为基础。让我们从定义一个简单的2D点类开始：
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})'
我希望您同意这非常简单。我添加了一个__repr__()实现，这样我们就可以在Python解释器中轻松地检查从这个类创建的对象。
注意：上面的示例使用python3.6f-string来构造__repr__返回的字符串。在Python2和Python3.6之前的版本上，您将使用不同的字符串格式表达式，例如：
def __repr__(self):
return 'Point(%r, %r)' % (self.x, self.y)
接下来，我们将创建一个Point实例，然后（粗略地）复制它，使用copy模块：
>>> a = Point(23, 42)
>>> b = copy.copy(a)
如果我们检查原始Point对象及其（浅层）克隆的内容，我们会看到预期的结果：
>>> a
Point(23, 42)
>>> b
Point(23, 42)
>>> a is b
False
这里还有一些需要记住的内容。因为我们的点对象使用不可变类型（int）作为其坐标，所以在这种情况下浅复制和深复制没有区别。但我马上就要展开这个例子了。
让我们转到一个更复杂的例子。我将定义另一个类来表示二维矩形。我将用一种方法来创建一个更复杂的对象层次结构我的矩形将使用Point对象来表示它们的坐标：
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，首先我们将尝试创建一个矩形实例的浅层副本：
rect = Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
srect = copy.copy(rect)
如果您检查原始矩形及其副本，您将看到__repr__()重写工作得多么顺利，浅复制过程也按预期工作：
>>> rect
Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
>>> srect
Rectangle(Point(0, 1), Point(5, 6))
>>> rect is srect
False
还记得前面的列表示例如何说明深复制和浅复制之间的区别吗？我要用同样的方法。我将在对象层次结构中更深层地修改一个对象，然后您将在（浅层）副本中看到这一更改：
>>> rect.topleft.x = 999
>>> rect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
>>> srect
Rectangle(Point(999, 1), Point(5, 6))
我希望这是您所期望的。接下来，我将创建原始矩形的深度副本。然后我将应用另一个修改，您将看到哪些对象受到影响：
>>> 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！这一次，深复制（drect）完全独立于原始拷贝（rect）和浅复制（srect）。
我们在这里讨论了很多问题，复制对象还有一些更精细的地方。
深入是值得的（哈！）在本主题中，您可能需要学习copy模块文档。例如，对象可以通过在其上定义特殊方法__copy__()和__deepcopy__()来控制它们的复制方式。
记住的3件事
对对象进行浅层复制不会克隆子对象。因此，副本并非完全独立于原始对象。
对象的深度副本将递归地克隆子对象。克隆完全独立于原始副本，但创建深度副本的速度较慢。
您可以使用
copy模块复制任意对象（包括自定义类）。
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