写在前面

在学习Python3时，看到了列表的拷贝，于是把这个小课题整理在这里，以作记录。

内嵌列表和列表拷贝中的问题

Python中的列表是可以嵌入列表的，这个特性的应用场景之一便是用于表示二维矩阵。如下所示：

>>> m = [[0, 1, 2], [10, 11, 12], [20, 21, 22]]
>>> m[0]
[0, 1, 2]
>>> m[0][1]
1
>>> m[2]
[20, 21, 22]
>>> m[2][2]
22

当然，这一特性可以用于按照我们自己的方式扩展到更多维的矩阵。

大部分情况下，内嵌列表如果只是这样使用，我们需要关心的也就到此为止了。但是因为有变量引用对象，而对象本身又是可被修改的情况，比如列表中内嵌列表，而内嵌列表本身是可被修改的，我们还会遇到下面提到的问题，我们通过例子来演示。

创建一个含有内嵌列表的列表original：

>>> nested = [0]
>>> original = [nested, 1]
>>> original
[[0], 1]

列表original的第一个元素指向了列表nested，如图所示：

列表nested的修改可以通过直接修改其本身，也可以通过修改列表original来实现，即：

>>> nested[0] = 'zero'
>>> original
[['zero'], 1]
>>> original[0][0] = 0
>>> nested
[0]
>>> original
[[0], 1]

如果我们将nested赋值为其他列表，则nested和original之间的连接就会断掉，即：

>>> nested = [2]
>>> original
[[0], 1]

如图所示：

除了上面提到的直接赋值的方式，列表的拷贝我们还可以使用——

  • 全切片(full slice)

    >>> x = [0, 1, 2]
    >>> y = x[:]
    >>> y
    [0, 1, 2]

  • +或*运算符

    >>> x = [0, 1, 2]
    >>> y = x + []
    >>> y
    [0, 1, 2]
    >>> z = x * 1
    >>> z
    [0, 1, 2]

但是无论上面哪种复制方式，只要列表中存在嵌入列表，就会存在这种问题，我们把这种复制称之为“浅拷贝”，即shallow copy，与之相对的，是“深拷贝”，即deep copy。

对列表的深拷贝

对于含有内嵌列表的列表来讲，如果我们需要把内嵌列表也一并拷贝，则需要使用copy模块的deepcopy功能。

>>> original = [[0], 1]
>>> shallow = original[:]
>>> import copy
>>> deep = copy.deepcopy(original)

复制后两个列表的构成其实如下图所示：

在得到列表shallow和列表deep后，我们去尝试修改列表中的值和内嵌列表的值，并看看效果如何：

>>> shallow[1]=2 #更改列表中非内嵌列表的值，原列表值不变
>>> shallow
[[0], 2]
>>> original
[[0], 1]
>>> shallow[0][0]='zero' #更改内嵌列表的值，原列表内嵌列表值改变
>>> shallow
[['zero'], 2]
>>> original
[['zero'], 1]
>>> 
>>> 
>>> deep[0][0]=5 #对于deep copy的列表，即使修改内嵌列表的值也不会影响原列表
>>> deep
[[5], 1]
>>> original
[['zero'], 1]
>>>

此外，对于Python来讲，任何列表中嵌入的对象是可修改的，如字典，都会存在这样的问题。

总结和引申思考

首先，明确一点，deep copy和shallow copy并不是Python中特有的概念，而是一个与复制对象时对象的成员是否被复制有关的通用的概念。

根据维基百科中的Object copying中的描述，我们总结如下：

我们有变量A和变量B指向不同的内存地址，当B被赋值为A时，两个变量指向了同样的内存地址，之后无论是修改A还是B的内容，都会在另一个变量中立即体现出来，因为两者共享内容。

我们有变量A和B指向了不同的内容地址，当B被赋值为A时，指向A内存地址的内容被复制到B的内存中，之后无论是修改A还是B的内容，A和B都是保持独立的，因为两者不共享内存，即不共享内容。

其他语言，如Java，可以参见StackOverFlow上的这一个讨论：How do I copy an object in Java，后面有机会再详细的梳理一下。

参考

1.What’s the difference between a deep copy and a shallow copy
2.Object copying
3.Shallow and deep copy
4.The Quick Python Book, 2nd Edition. Chapter 5.6