Python 中的可變對象與不可變對象

在 Python 中，對象可以分為可變對象(mutable)和不可變對象(immutable)，這是 Python 中非常重要的概念，影響著對象的賦值、傳遞和修改行為。

不可變對象(Immutable Objects)

不可變對象是指創建后不能被修改的對象。如果嘗試修改，實際上是創建了一個新對象。

常見的不可變類型：

• 數字類型：int, float, bool
• 字符串：str
• 元組：tuple
• 凍結集合：frozenset

示例：

# 整數是不可變的
x = 10
print(id(x))  # 打印內存地址
x += 1
print(id(x))  # 內存地址改變，是新對象# 字符串是不可變的
s = "hello"
print(id(s))
s += " world"
print(id(s))  # 新字符串對象# 元組是不可變的
t = (1, 2, 3)
try:t[0] = 100  # 嘗試修改元組的第一個元素
except TypeError as e:print(e)  # 輸出錯誤信息（TypeError）

特別注意:

盡管元組本身是不可變的，但如果元組中包含可變對象，如列表，這些可變對象內部的內容是可以被修改的。這種情況下，元組的不可變性只適用于頂層結構，不影響內部元素的可變性。

tup = (1, [2, 3], 4)
tup[1].append(5)  # 修改元組中的列表
print(tup)  # 輸出 (1, [2, 3, 5], 4)

可變對象(Mutable Objects)

可變對象是指創建后可以被修改的對象，修改時內存地址不變。

常見的可變類型：

• 列表：list
• 字典：dict
• 集合：set
• 字節數組：bytearray
• 用戶自定義的類實例

示例：

# 列表是可變的
lst = [1, 2, 3]
print(id(lst))  # 打印內存地址
lst.append(4)
print(id(lst))  # 內存地址不變# 字典是可變的
d = {'a': 1}
print(id(d))
d['b'] = 2
print(id(d))  # 內存地址不變# 集合是可變的
st = {1, 2, 3}
print(id(st))
st.add(4)
st.remove(3)
print(id(st))

重要區別

1. 賦值與修改：

   # 不可變對象
   a = 1
   b = a
   b = 2  # a不變# 可變對象
   x = [1, 2]
   y = x
   y.append(3)  # x也被修改
   

2. 函數參數傳遞：

   • 不可變對象作為參數時，函數內修改不會影響原值
   • 可變對象作為參數時，函數內修改會影響原值

   def modify(num, lst):num += 1lst.append(4)n = 10
   l = [1, 2, 3]
   modify(n, l)
   print(n)  # 輸出10，不變
   print(l)  # 輸出[1, 2, 3, 4]，被修改
   

3. 字典鍵的限制：

   • 只有不可變對象可以作為字典的鍵
   • 可變對象不能作為字典的鍵

   d = {}
   d['key'] = 'value'  # 字符串鍵，合法
   d[1] = 'number'     # 整數鍵，合法
   d[(1, 2)] = 'tuple' # 元組鍵，合法# d[[1, 2]] = 'list'  # 報錯，列表不能作為鍵
   

4. 集合元素的限制：
   盡管集合是可變的，但也有一些操作上的限制。例如，集合只能包含不可變（可哈希）的對象。因此不能將列表或另一個集合作為元素添加到集合中。

   nested_set = {1, 2, 3}
   try:nested_set.add([4, 5, 6])  # 嘗試添加列表到集合中# nested_set.add({7, 8, 9})  # 嘗試添加另一個集合到集合中
   except TypeError as e:print(e)  # 輸出錯誤信息
   

理解可變和不可變對象的區別對于編寫正確、高效的 Python 代碼非常重要，特別是在處理對象傳遞和共享狀態時。