极客教程Python copy与deepcopy(拷贝与深拷贝)
引言
在Python中，拷贝是一种重要的操作。当我们需要在程序中处理对象时，拷贝操作可以帮助我们复制数据而不改变原始数据的内容。Python提供了两种拷贝方式：copy和deepcopy。在本文中，我们将详细介绍这两种拷贝方式的使用方法和区别。
什么是拷贝？
在计算机编程中，拷贝是指创建一个与原始对象完全相同（或非常相似）的副本。拷贝操作可以帮助我们在不改变原始对象的情况下进行数据处理，避免对原始对象的修改。
在Python中，对象可以分为可变对象和不可变对象。可变对象是指可以在其创建后修改其值的对象，如列表和字典。不可变对象是指创建后其值不能被修改的对象，如字符串和元组。
Python的拷贝方法
Python提供了两种拷贝方法：copy和deepcopy。这两种方法都是通过copy模块来实现的。
copy方法
copy方法用于创建一个浅拷贝的对象。浅拷贝是指创建一个新的对象，但该对象的子对象仍然是原始对象的引用。换句话说，浅拷贝只复制对象的最外层，而不会复制内部的嵌套对象。
使用copy方法可以直接对可变对象进行拷贝。示例如下：
import copy
list1 = [1, 2, [3, 4]]
list2 = copy.copy(list1)
list2.append(5)
list2[2].append(6)
print(list1) # 输出：[1, 2, [3, 4, 6]]
print(list2) # 输出：[1, 2, [3, 4, 6], 5]
在上述示例中，我们创建了一个包含嵌套列表的可变对象list1。然后，我们使用copy方法对list1进行拷贝，得到了新的列表list2。接着，我们分别对list2进行了添加元素和修改嵌套列表的操作。最后，我们打印了list1和list2的值。
可以观察到，虽然list2通过copy方法进行了拷贝，但拷贝的只是list1的最外层。当我们对list2进行修改时，list1也受到了影响。
deepcopy方法
deepcopy方法用于创建一个深拷贝的对象。深拷贝是指创建一个与原始对象完全相同的新对象，并且该对象的所有子对象也会被递归拷贝。
使用deepcopy方法可以对包含嵌套对象的可变对象进行拷贝。示例如下：
import copy
list1 = [1, 2, [3, 4]]
list2 = copy.deepcopy(list1)
list2.append(5)
list2[2].append(6)
print(list1) # 输出：[1, 2, [3, 4]]
print(list2) # 输出：[1, 2, [3, 4, 6], 5]
在上述示例中，我们使用deepcopy方法对含有嵌套列表的可变对象进行拷贝。与浅拷贝不同，深拷贝会将所有嵌套对象也进行拷贝。因此，当我们对list2进行修改时，list1不会受到影响。
拷贝的应用场景
拷贝在实际开发中有许多应用场景。下面介绍几种常见的应用场景及使用拷贝的方法。
备份原始数据
当我们需要对原始数据进行处理时，通过拷贝可以创建一个备份，从而避免对原始数据的修改。这样做的好处是，即使我们在处理数据时出错，也可以恢复到原来的数据。
import copy
original_data = {"name": "Alice", "age": 25, "friends": ["Bob", "Carol"]}
backup_data = copy.deepcopy(original_data)
# 对备份数据进行处理，不影响原始数据
backup_data["name"] = "Bob"
backup_data["age"] = 30
backup_data["friends"].append("Dave")
# 输出处理后的备份数据和未修改的原始数据
print(backup_data) # 输出：{"name": "Bob", "age": 30, "friends": ["Bob", "Carol", "Dave"]}
print(original_data) # 输出：{"name": "Alice", "age": 25, "friends": ["Bob", "Carol"]}
在上述示例中，我们创建了一个包含字典和列表的原始数据。然后，我们使用deepcopy方法创建了一个备份数据。接着，我们对备份数据进行了修改，包括修改字典的值和向列表中添加元素。
可以观察到，通过拷贝，我们可以在不改变原始数据的情况下，对备份数据进行任意的修改和处理。
克隆对象
在面向对象编程中，我们经常需要克隆对象。通过拷贝可以很方便地创建一个与原始对象属性相同的新对象。这在设计模式和软件复用中非常有用。
import copy
class Rectangle:
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def get_area(self):
return self.width * self.height
rectangle1 = Rectangle(5, 10)
rectangle2 = copy.copy(rectangle1)
rectangle2.width = 8
print(rectangle1.get_area()) # 输出：50
print(rectangle2.get_area()) # 输出：80
在上述示例中，我们定义了一个Rectangle类，该类有两个属性：width和height。我们创建了一个Rectangle对象rectangle1，然后使用copy方法执行了拷贝操作，得到了rectangle2对象。
接着，我们分别修改了rectangle1和rectangle2的width属性，并打印了两个对象的面积。
可以观察到，通过拷贝，我们创建了一个与原始对象属性相同的新对象，并且它们是独立的，修改一个对象不会影响另一个对象。
传递可变对象的副本
当我们在函数中传递一个可变对象作为参数时，为了避免在函数中修改原始对象，我们可以使用拷贝来传递对象的副本。
以下是在函数中使用拷贝来传递对象副本的示例：
import copy
def modify_list(lst):
new_lst = copy.deepcopy(lst)
new_lst.append(4)
return new_lst
my_list = [1, 2, 3]
modified_list = modify_list(my_list)
print(my_list) # 输出：[1, 2, 3]
print(modified_list) # 输出：[1, 2, 3, 4]
在上述示例中，我们定义了一个名为modify_list的函数，该函数接受一个列表参数lst。在函数内部，我们使用deepcopy方法创建了lst的副本new_lst，并在副本中添加了一个新元素4。然后，我们返回修改后的副本。
接着，我们创建了一个列表my_list，并将其作为参数传递给modify_list函数。最后，我们分别打印了原始列表和修改后的副本。
可以观察到，通过使用拷贝，我们在函数中对副本进行了修改，而原始列表保持不变。
copy与deepcopy的区别
虽然copy和deepcopy都可以用于拷贝对象，但它们之间存在一些区别。
- 对于不可变对象来说，
copy和deepcopy的效果是相同的。因为不可变对象的值是不可修改的，在拷贝过程中，不会创建新的对象，仅仅是引用传递。所以，对于不可变对象来说，无论是浅拷贝还是深拷贝，都不会修改原始对象的值。 -
对于可变对象来说，
copy方法创建的是浅拷贝，而deepcopy方法创建的是深拷贝。浅拷贝只会复制原始对象的最外层，而不会复制内部的嵌套对象。深拷贝会递归地复制所有的嵌套对象，从而创建一个全新的对象。
下面是一个示例来说明浅拷贝和深拷贝的区别：
import copy
list1 = [1, 2, [3, 4]]
list2 = copy.copy(list1)
list3 = copy.deepcopy(list1)
list2[0] = 0
list3[0] = 0
list2[2].append(5)
print(list1) # 输出：[1, 2, [3, 4, 5]]
print(list2) # 输出：[0, 2, [3, 4, 5]]
print(list3) # 输出：[0, 2, [3, 4]]
在上述示例中，我们创建了一个包含嵌套列表的可变对象list1。然后，我们使用copy方法对list1进行浅拷贝，使用deepcopy方法对list1进行深拷贝，得到了list2和list3。
接着，我们分别对list2和list3进行修改，包括修改最外层的值和向嵌套列表中添加元素。
可以观察到，当我们对list2进行修改时，原始列表list1的值也发生了改变。这是因为浅拷贝只复制了最外层的对象，内部的嵌套对象仍然是原始对象的引用。而当我们对list3进行修改时，原始列表list1的值没有改变。这是因为深拷贝递归地复制了所有的嵌套对象，创建了一个全新的对象。
总结
拷贝是一种重要的操作，在Python中有两种拷贝方式：copy和deepcopy。copy方法用于创建浅拷贝的对象，拷贝的是原始对象的最外层，内部的嵌套对象是原始对象的引用。deepcopy方法用于创建深拷贝的对象，拷贝的是原始对象及其所有的嵌套对象，创建了一个全新的对象。使用拷贝可以备份原始数据、克隆对象和传递可变对象的副本等。但对于不可变对象来说，拷贝的效果是相同的，不会修改原始对象的值。