【python测试开发栈】—理解python深拷贝与浅拷贝的区别

内存的浅拷贝和深拷贝是面试时经常被问到的问题，如果不能理解其本质原理，有可能会答非所问，给面试官留下不好的印象。另外，理解浅拷贝和深拷贝的原理，还可以帮助我们理解Python内存机制。这篇文章将会通过一些例子，来验证内存拷贝的过程，帮助大家理解内存拷贝的原理。

Python3中的数据类型

我们首先得知道Python3中的数据被分为可变类型和不可变类型

• 可变类型：Number(数字)、String(字符串)、Tuple(元祖)
• 不可变类型：List(列表)、Dictionary(字典)、Set(集合)

对于可变类型和不可变类型，它们在浅拷贝和深拷贝中的表现是不一样的，下面我们就通过具体的例子来引出对应的结论。

浅拷贝

我们先来贴一个例子，然后大家可以先思考下结果会是怎样的。

def shadow_copy_test():
    """
    对浅copy进行验证
    :return:
    """
    # 不可变数据类型
    param_a = 17
    param_b = "paramB"
    param_c = (18, "paramC")

    copy_param_a = copy.copy(param_a)
    copy_param_b = copy.copy(param_b)
    copy_param_c = copy.copy(param_c)
    print("验证不可变数据类型")
    print(id(param_a))
    print(id(copy_param_a))
    print(id(param_b))
    print(id(copy_param_b))
    print(id(param_c))
    print(id(copy_param_c))

    print("======================")

    # 可变数据类型
    param_d = [[2, 3], 18, "paramD"]
    param_e = {"key1": 18, "key2": "paramE", "key3": [1, 2]}
    param_f = {18, "paramF"}

    copy_param_d = copy.copy(param_d)
    copy_param_e = copy.copy(param_e)
    copy_param_f = copy.copy(param_f)
    
    print("验证可变数据类型")
    print(id(param_d))
    print(id(copy_param_d))
    print(id(param_e))
    print(id(copy_param_e))
    print(id(param_f))
    print(id(copy_param_f))
    
    # 运行结果
    验证不可变数据类型
    4455468864
    4455468864
    4457955120
    4457955120
    4457945040
    4457945040
    ======================
    验证可变数据类型
    4458366368
    4458367168
    4457911312
    4457911552
    4457982144
    4458284768

由此我们可以看出，对于不可变类型，浅拷贝并不会更改内存地址，而对于可变数据类型，会产生一个新的内存地址。接下来我们再来看看对于可变数据类型，去修改其中的元素会怎么样：

    print("验证列表中元素")
    # 验证列表中第一个元素是否相等
    print(id(param_d[1]))
    print(id(copy_param_d[1]))
    print(id(param_d[0]))
    print(id(copy_param_d[0]))
	
  	print("======================")
    # 更改列表中元素的值
    print("验证修改可变数据类型元素的值")
    param_d[0].append(4)
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    param_d.append("abc")
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    param_d[1] = 19
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    
    # 运行结果
    验证列表中元素
    4534525792
    4534525792
    4537357968
    4537357968
    验证修改可变数据类型元素的值
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD']
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD']
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD', 'abc']
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD']
    [[2, 3, 4], 19, 'paramD', 'abc']
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD']

我们从上面结果可以看出，对于可变数据结构，他们元素的内存地址没有变化（以List为例，相当于新生成一个List，然后将原来List中元素的值全部copy到新生成的List中），而修改其中的可变数据类型(比如：param_d[0])，copy对象也会同步修改(copy_param_d[0])；而修改不可变元素(比如：param_d[1])，并不会影响其copy对象(copy_param_d[1])。

综上我们可以得出如下结论（敲黑板，划重点）：

• 对于不可变数据类型，浅拷贝只是复制了内存引用（指向内存的地址），并不会开辟新的内存空间（上例中param_a和copy_param_a、param_b和copy_param_b、param_c和copy_param_c内存地址一致）。
• 对于可变数据类型，浅拷贝会开辟新的内存空间（上例中param_d和copy_param_d内存地址不一致），但是它里面元素的内存地址还是一样的。
• 对于可变数据类型，改变原始对象中的可变数据类型的值，会同时影响拷贝对象的值（因为它们指向了对一个内存地址）；改变原始对象中的不可变数据类型的值，不会影响拷贝对象的值。

为了方便大家理解，画了内存地址的简图：

首先是不可变数据类型，因为其值的内存地址是不可变的，所以在内存中只有这一份：

其次是可变数据类型：

深拷贝

同样的，我们还是先来看例子(代码基本和上面的保持一致，只是修改了深拷贝方法deepcopy)：

def deep_copy_test():
    """
    对深拷贝进行验证
    :return:
    """
    """
       对浅copy进行验证
       :return:
       """
    # 不可变数据类型
    param_a = 17
    param_b = "paramB"
    param_c = (18, "paramC")

    copy_param_a = copy.deepcopy(param_a)
    copy_param_b = copy.deepcopy(param_b)
    copy_param_c = copy.deepcopy(param_c)
    print("验证不可变数据类型")
    print(id(param_a))
    print(id(copy_param_a))
    print(id(param_b))
    print(id(copy_param_b))
    print(id(param_c))
    print(id(copy_param_c))

    print("======================")

    # 可变数据类型
    param_d = [[2, 3], 18, "paramD"]
    param_e = {"key1": 18, "key2": "paramE", "key3": [1, 2]}
    param_f = {18, "paramF"}

    copy_param_d = copy.deepcopy(param_d)
    copy_param_e = copy.deepcopy(param_e)
    copy_param_f = copy.deepcopy(param_f)

    print("验证可变数据类型")
    print(id(param_d))
    print(id(copy_param_d))
    print(id(param_e))
    print(id(copy_param_e))
    print(id(param_f))
    print(id(copy_param_f))
    print("======================")
    print("验证列表中元素")
    # 验证列表中第一个元素是否相等
    print(id(param_d[1]))
    print(id(copy_param_d[1]))
    print(id(param_d[0]))
    print(id(copy_param_d[0]))
    
 		print("======================")
    # 更改列表中元素的值
    print("验证修改可变数据类型元素的值")
    param_d[0].append(4)
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    param_d.append("abc")
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    param_d[1] = 19
    print(param_d)
    print(copy_param_d)
    
    # 打印结果如下：
    验证不可变数据类型
    4438175552
    4438175552
    4440636208
    4440636208
    4440885840
    4440885840
    ======================
    验证可变数据类型
    4440987760
    4441335360
    4440593344
    4440594224
    4440966160
    4440967840
    ======================
    ======================
    验证列表中元素
    4438175584
    4438175584
    4440628192
    4441336000
    验证修改可变数据类型元素的值
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD']
    [[2, 3], 18, 'paramD']
    [[2, 3, 4], 18, 'paramD', 'abc']
    [[2, 3], 18, 'paramD']
    [[2, 3, 4], 19, 'paramD', 'abc']
    [[2, 3], 18, 'paramD']

我们可以和浅拷贝的运行结果做个对比，其中有差别的地方是：浅拷贝时列表中元素的内存地址没变，而深拷贝时列表中元素的内存地址发生了变化(主要针对可变数据类型，比如：param_d[0]和copy_param_d[0])。另外，对于可变数据类型，修改原始数据中的值，并不会影响拷贝数据。

综上，我们得出如下结论(敲黑板，划重点)：

• 深拷贝是在浅拷贝的基础上，又对可变数据类型的元素进行了递归拷贝，因此拷贝完成时，对于可变数据类型的元素，其内存地址全部都不一致。
• 深拷贝修改原始对象和拷贝对象的值，相互之间不影响。

为了大家理解，同样画了一幅内存简图(主要是针对可变数据类型)，可以对比下和浅拷贝时内存简图的区别：

总结

本文主要介绍了在Python3中内存的深拷贝和浅拷贝机制，大家可以动手写一下文中贴的Python代码，这样更能加深你的理解。总结来说，对于Python的不可变数据类型，深拷贝和浅拷贝的差别不大；主要区别是Python中的可变数据类型，深拷贝会对列表中的子元素进行递归拷贝处理，而浅拷贝则不会。