【Python学习笔记】list/dict对象复制的误区与正确方法

吃晚饭时跟同事讨论问题，发现关于python的一个有趣问题，起源如下：

同事Y：python的list用法有个坑。。。

我：啥坑？

同事Y：下面的用法会出现死循环（同事Y口头说的，可翻译成下面的代码）

a = [0, 1, 2, 3]
b = a
for item in a:
b.append(item)

我：啊。。。 之前没注意呀 我待会去试试。。。

后来在机器上试验了一下，果然死循环了（某CPU占用100%），幸亏现在的机器都是多核，还不至于被搞到重启。。。

查阅资料后，终于搞清楚了原因，作为笔记，记录于此。

要理解上面那段导致死循环的代码的背后原因，需要先理解python中的对象、变量名及赋值符（=）这些基础概念，下面开始正文。

1. Object and Naming in Python

在Python Reference中关于Data Model的说明中提到，对象是python对数据的抽象，在python的世界里，万物皆对象。每个对象均包含3个基本元素：identify，type，value。其中，对象的id是创建对象时分配的，在其生存期内保持不变，可以把id值看做是对象在内存中的地址；对象的type也是对象创建时就决定了的，在生命周期内不可变；而value既可能为可变的，又可能为不可修改的，具体情况视其type而定。

Python的built-in functions中提供了id()来返回对象的identify value，提供了type()来返回对象的type。

根据Python Reference关于Naming and binding的说明，对象的name是该对象的引用，在这里，“引用”的背后的含义是指对象的name只是对象的一个tag而已，更进一步讲，可能会有不同的对象名（多个tag）引用到同一个对象。文字不好描述，可以借助下面的代码来理解：

a = 1
b = a

在这里，第1行创建了一个int对象，且用a来引用；第2行则表示，b也绑定到a引用的对象上（而不是创建b对象并用a引用的对象来初始化，这个行为与C语言不同，这也是导致本文开始给出那段代码死循环的原因）。

可能有人会问：有什么证据来说明a和b均引用同一对象？

答案是：用id()来验证，很容易看到id(a)跟id(b)返回的值是一样的，这就表明了它们引用的是同一个内存对象。

2. Assignment in Python

其实从上面给出的示例代码中，我们已经可以看到Python中赋值语句的“怪异行为”。为理清概念，我们可以继续查阅Python Reference关于Assignment Statements的说明，关键的一句摘出如下：

Assignment statements are used to (re)bind names to values and to modify attributes or items of mutable objects.

也就是说，赋值语句只是将变量名与对象做绑定或重绑定而已，它并不创建新对象。

可能又有人会问：a = 1; id(a); a = 2; id(a) 两次id()返回不同值，怎么解释？是不是说明这种情况下，赋值操作创建了新对象？

答案是：不是的。真实情况是，1和2是两个不同的对象（可以用id(1); id(2)来验证），两次赋值将a绑定到不同的对象，返回的id不同也是符合预期的。而且我们执行a = 1; id(1); id(a)可以发现两次id()返回值相等，这就表明a确实只是绑定到对象1而已。

3. List/Dict对象复制的正确方法

根据前面的基础概念，我们已经知道，执行a = [0, 1, 2]; b = a 后，b与a均引用同1个list，所以本文开始给出的那段代码会导致死循环也就很容易理解了。下面介绍3种list/dict对象复制的正确方法。

3.1 copy / deepcopy

参考python reference - copy
，具体用法如下：

import copy
a = [0, 1, 2, 3]
b = copy.copy(a)
id(a)
id(b)
for item in a:
b.append(item)
print a
print b

执行这段代码可知，a和b引用的是不同的对象，因此不会引起死循环。

copy的行为类似于C++中的浅拷贝，deepcopy则类似于C++深拷贝，具体用法可以参考python documentation相关章节。

3.2 new_obj = list(old_obj)

根据文档，Python的built-in函数list()创建1个与old_obj完全相同的新对象并返回，因此显然该方法可以达到对象正确复制。

a = [0, 1, 2, 3]
b = list(a)
id(a)
id(b)
for item in a:
b.append(item)
print a
print b

3.3 new_obj = old_obj[:]

[:]的方法其实是利用了python的slice特性，比较tricky，新手不易理解。虽可以解决问题，但个人不推荐使用。

a = [0, 1, 2, 3]
b = a[:]
id(a)
id(b)
for item in a:
b.append(item)
print a
print b

通过上面的介绍，我们已经搞清了python中list对象复制的正确方法，其实不限于list，dict类型的对象也有同样的问题。

【参考资料】

1. 上文中给出的Python Reference Links

2. Python: copying a list the right way

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