Python坑系列：可变对象与不可变对象

在之前的文章 http://www.cnblogs.com/bitpeng/p/4748148.html 中，大家看到了ret.append(path) 和ret.append(path[:])的巨大差别。这和Python的对象机制有关。现在谈谈这个问题！

我们知道，Python有可变对象和不可变对象，他们的表现行为也迥然不同。先来几个简单的问题：

def foo1(arg):
    arg = 5
    print(arg)

x = 1
foo(x)    # 输出5
print(x)  # 输出1

def foo2(arg):
    arg.append(3)

x = [1, 2]
print(x)   # 输出[1, 2]
foo(x)
print(x)   # 输出[1, 2, 3]

def foo3(arg):
    arg = [3]

x = [1, 2]
print(x)   # 输出[1, 2]
foo(x)
print(x)   # 输出[1, 2]

一、Python参数问题

1.关于Python默认参数问题，我之前一篇博文有过描述。请参考这里：http://www.cnblogs.com/bitpeng/p/4747765.html

2.关于Python的参数传递问题。原来接触过C/C++ 的朋友，肯定想过，Python函数调用时，到底是值传递，还是引用传递。看到网上说的最多的是：对于不可变对象，是值传递；对于可变对象，是引用传递。可是我个人感觉，这个描述不是很准确，因为Python函数调用时，不管是可变对象，还是不可变对象，参数引用的都是实参。但是，既然为什么都是引用，结果却表现不同，这就和Python的对象有关。

在Python中，任何东西都是对象。

Python使用对象模型来储存数据，任何类型的值都是一个对象。所有的python对象都有3个特征：身份、类型和值。

身份：每一个对象都有自己的唯一的标识，可以使用内建函数id()来得到它。这个值可以被认为是该对象的内存地址。

类型：对象的类型决定了该对象可以保存的什么类型的值，可以进行什么操作，以及遵循什么样的规则。type()函数来查看python 对象的类型。

值：对象表示的数据项。

运算符is、is not就是通过id()的返回值（即身份）来判定的，也就是看它们是不是同一个对象的“标签”。

这里有个很形象的例子：http://python.net/~goodger/projects/pycon/2007/idiomatic/handout.html#other-languages-have-variables

根据这里，我们可以知道，Python是通过名字来访问对象。这和其他语言有很大的不同，比如在C中，你定义了变量(注意是定义不是声明)，那么编译后就一定会给变量分配内存，以后对该变量的读写就是通过该内存地址进行的。而Python中，只会给对象分配内存，然后再通过名称来访问该对象而已。所以，这就是为什么Python名称可以赋值给任何类型的原因(并不是真的赋值). 参数传递也一样，只是用形参名称来访问实参所表示的对象。跟所谓的值传递、引用传递没有任何关系。所以：在foo2()中，append()执行列表方法，当然也会影响实参；而赋值操作，只是将x绑定到另一个列表对象。这样，原来的实参列表还是原来的，没有变化，现在foo2()和foo3()应该能懂了吧。

关于Python参数调用的结论：

• Python函数不会替换调用参数所引用的对象。
• 对一个参数名重新赋值不会起任何作用。
• Python函数可以修改参数，如果这个参数是可变的。
• 在Python中没有什么是被隐式复制的。
• 在Python中函数调用时，不存在什么所谓的值传递和引用传递，只是通过名称(形参)来访问对象(实参所代表的对象), 这和Python对象机制是一致的！

 二、可变对象，不可变对象复制行为

>>> a = 1
>>> b = 1
>>> a is b
True
>>> import copy
>>> c = copy.deepcopy(a)
>>> c
1
>>> c is a
True
>>> s = "abc"
>>> c = copy.deepcopy(s)
>>> c
'abc'
>>> c is s
True

>>> a = "abc"; b = a; c = a[:]; d = copy.deepcopy(a)
>>> a,b,c,d
('abc', 'abc', 'abc', 'abc')
>>> a is b ;c is a; d is a
True
True
True

看到了吗？对于字符、字符串、数值型，不管是赋值，切片，还是深度复制，他们都是同一个对象。但是对于元组呢？表现有所不同 

>>> a = (1,2,[3,4]); b = a; c = a[:];d = copy.deepcopy(a)
>>> b is a; c is a; d is a
True
True
False
>>> a[2][0] = 0;a,b,c,d
((1, 2, [0, 4]), (1, 2, [0, 4]), (1, 2, [0, 4]), (1, 2, [3, 4]))

显然，对于元组并且包含可变元素时，切片和深度复制表现时不一样的。

结论：

1、赋值：简单地拷贝对象的引用，两个对象的id相同。
2、浅拷贝：创建一个新的组合对象，这个新对象与原对象共享内存中的子对象。
3、深拷贝：创建一个新的组合对象，同时递归地拷贝所有子对象，新的组合对象与原对象没有任何关联。虽然实际上会共享不可变的子对象，但不影响它们的相互独立性。

浅拷贝和深拷贝的不同仅仅是对组合对象来说，所谓的组合对象就是包含了其它对象的对象，如列表，类实例。而对于数字、字符串以及其它“原子”类型，没有拷贝一说，产生的都是原对象的引用。

可能有些朋友会有疑问，元组时不可变的，为什么还可以给a[2][0]赋值呢。

>>> a = (1,2,[3,4])
>>> a[2] = [1,2,3]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> a[2][:] = [1,2,3]
>>> a
(1, 2, [1, 2, 3])

这里我们这样认为，元组可以包含可变对象，只要元组的每个元素的id没有变化即可。所以a[2] = [1,2,3]是尝试把列表第3个元素引用其他的列表，id肯定变了；所以不支持。但是a[2][:] = [1,2,3]是原地赋值，虽然列表本身变了，但是列表本身的id号没变，所以支持。

结论：对于不可变对象如元组：仅仅代表，他的每一个元素的id号是不可变的。如果元组本身包含可变元素，那么还是可以改变他的值的！

三、Python与二维数组

之前做算法题，需要用二维数组，所以很当然的想到了二维列表。

需求：初始化一个8行8列的数组，每个元素初始化为0.

当时，我想当然的是这样做的：

>>> a = [[0] * 8 ]* 8; a
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]

当时还想着，看，多完美！！！

结果程序总是死循环，不能正常退出。刚开始，结果对程序逻辑进行一次次的检查后，问题还是无解！于是开始调试。最后发现了诡异的问题。

问：a[i][j] = 1 后，程序会发送什么, 其中0 <= i, j < 8.

>>> a = [[0] * 8 ]* 8; a
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
>>> a[0][0] = 1;a
[[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]

呵呵，发现了吗？给a[0][0]赋值后，结果很多其他的元素也都变了。现在看这个问题其实很简单，因为列表执行乘法，相当于是浅复制。所以a中看似有8个列表，实际上引用的都是同一个。ps:这个问题，实际上书上讲过，我忘了！结果写程序时，出了这样的问题. 

>>> for i in a:
...     print id(a)
... 
140383550710200
140383550710200
140383550710200
140383550710200
140383550710200
140383550710200
140383550710200
140383550710200

也许有人会问，那为什么a = [[0] * 8 ]* 8; a[0][0] = 1后， 只有每一列第一个元素变为1，而其他的不变呢？这个问题也简单：因为0是不可变对象。实际上，a = [[0] * 8 ]* 8执行完毕后，a的所有元素id都是相同的。但是，执行a[0][0] = 1后，a[0][0] 的id号已经变了。

>>> for i in a[0]:print id(i)
... 
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848

>>> a[0][0] = 1
>>> for i in a[0]:print id(i)
... 
32276824
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848
32276848

结论：需要二维数组时，老老实实的用列表推导。

>>> a = [[0 for i in range(8)] for i in range(8)]
>>> a
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
>>> a[0][0] = 1
>>> a
[[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]

现在已经一切正常了。