深拷貝與淺拷貝：理解 Python 中的對象復制機制

在 Python 編程中，對象的復制是一個常見的操作。然而，很多初學者在處理對象復制時會遇到困惑，尤其是在涉及到復雜數據結構（如列表、字典、自定義對象等）時。今天，我們就來深入探討一下 Python 中的兩種主要的復制方式：淺拷貝 和 深拷貝。

1. 淺拷貝（Shallow Copy）

1.1 定義

淺拷貝是指創建一個新對象，但只復制原對象中的引用，而不復制引用所指向的實際對象。換句話說，淺拷貝只復制對象的第一層內容，而不會遞歸地復制嵌套的對象。

1.2 使用場景

在 Python 中，淺拷貝可以通過以下幾種方式實現：

• 使用 copy 模塊的 copy() 函數。
• 對于某些內置數據結構（如列表和字典），可以使用切片操作或構造函數來實現淺拷貝。

1.3 示例

import copy# 淺拷貝示例
original_list = [1, 2, 3, [4, 5]]
shallow_copied_list = copy.copy(original_list)# 打印地址
print("Original List Address:", id(original_list))
print("Shallow Copied List Address:", id(shallow_copied_list))
print("Original Nested List Address:", id(original_list[3]))
print("Shallow Copied Nested List Address:", id(shallow_copied_list[3]))# 修改嵌套列表
original_list[3][0] = 'A'print("After Modification:")
print("Original List:", original_list)
print("Shallow Copied List:", shallow_copied_list)

1.4 輸出

Original List Address: 14001234567890
Shallow Copied List Address: 14001234567891
Original Nested List Address: 14001234567893
Shallow Copied Nested List Address: 14001234567893
After Modification:
Original List: [1, 2, 3, ['A', 5]]
Shallow Copied List: [1, 2, 3, ['A', 5]]

1.5 分析

從輸出可以看出，修改嵌套列表時，淺拷貝的列表也發生了變化。這是因為淺拷貝只復制了第一層的引用，而嵌套的列表仍然指向同一個對象。具體來說：

• original_list 和 shallow_copied_list 的地址不同，說明它們是兩個不同的對象。
• 但 original_list[3] 和 shallow_copied_list[3] 的地址相同，說明它們指向的是同一個嵌套列表。

2. 深拷貝（Deep Copy）

2.1 定義

深拷貝是指創建一個新對象，并遞歸地復制原對象中的所有嵌套對象。深拷貝會復制對象的所有層級，確保新對象與原對象完全獨立。

2.2 使用場景

在 Python 中，深拷貝可以通過 copy 模塊的 deepcopy() 函數實現。

2.3 示例

import copy# 深拷貝示例
original_list = [1, 2, 3, [4, 5]]
deep_copied_list = copy.deepcopy(original_list)# 打印地址
print("Original List Address:", id(original_list))
print("Deep Copied List Address:", id(deep_copied_list))
print("Original Nested List Address:", id(original_list[3]))
print("Deep Copied Nested List Address:", id(deep_copied_list[3]))# 修改嵌套列表
original_list[3][0] = 'A'print("After Modification:")
print("Original List:", original_list)
print("Deep Copied List:", deep_copied_list)

2.4 輸出

Original List Address: 14001234567890
Deep Copied List Address: 14001234567892
Original Nested List Address: 14001234567893
Deep Copied Nested List Address: 14001234567894
After Modification:
Original List: [1, 2, 3, ['A', 5]]
Deep Copied List: [1, 2, 3, [4, 5]]

2.5 分析

從輸出可以看出，修改嵌套列表時，深拷貝的列表保持不變。這是因為深拷貝遞歸地復制了所有嵌套對象，確保新對象與原對象完全獨立。具體來說：

• original_list 和 deep_copied_list 的地址不同，說明它們是兩個不同的對象。
• original_list[3] 和 deep_copied_list[3] 的地址也不同，說明深拷貝遞歸地復制了嵌套列表，創建了一個完全獨立的新對象。

3. 淺拷貝與深拷貝的區別

3.1 內存占用

• 淺拷貝：內存占用較小，因為它只復制第一層的引用。
• 深拷貝：內存占用較大，因為它遞歸地復制所有嵌套對象。

3.2 性能

• 淺拷貝：性能較好，因為只復制第一層的引用。
• 深拷貝：性能較差，特別是對于復雜的嵌套對象，因為需要遞歸復制所有層級。

3.3 使用場景

• 淺拷貝：適用于對象結構簡單（沒有嵌套對象）的場景。
• 深拷貝：適用于對象結構復雜（有嵌套對象）的場景，需要確保新對象與原對象完全獨立。

4. 總結

在 Python 中，理解淺拷貝和深拷貝的區別非常重要。淺拷貝只復制第一層的引用，而深拷貝遞歸地復制所有嵌套對象。選擇合適的復制方式取決于你的具體需求。希望這篇文章能幫助你更好地理解淺拷貝和深拷貝的概念。如果有任何問題或建議，歡迎在評論區留言討論！

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