python基礎（5）：深刻理解 python 中的賦值、引用、拷貝、做用域

目錄[-]

• 一、先來看個問題吧：

• 二、引用 VS 拷貝：

• 三、加強賦值以及共享引用：

• 四、python 從 2k 到 3k，語句變函數引起的變量做用域問題  

在 python 中賦值語句老是創建對象的引用值，而不是複製對象。所以，python 變量更像是指針，而不是數據存儲區域，

這點和大多數 OO 語言相似吧，好比 C++、java 等 ~

一、先來看個問題吧：

在Python中，令values=[0,1,2];values[1]=values,爲什麼結果是[0,[...],2]?

1	>>> values = [0, 1, 2]

2	>>> values[1] = values

3	>>> values

4	[0, [...], 2]

我預想應當是  

[0, [0, 1, 2], 2]

但結果卻爲什麼要賦值無限次？

能夠說 Python 沒有賦值，只有引用。你這樣至關於建立了一個引用自身的結構，因此致使了無限循環。爲了理解這個問題，有個基本概念須要搞清楚。

Python 沒有「變量」，咱們平時所說的變量其實只是「標籤」，是引用。

執行 

values = [0, 1, 2]

的時候，Python 作的事情是首先建立一個列表對象 [0, 1, 2]，而後給它貼上名爲 values 的標籤。若是隨後又執行 

values = [3, 4, 5]

的話，Python 作的事情是建立另外一個列表對象 [3, 4, 5]，而後把剛纔那張名爲 values 的標籤從前面的 [0, 1, 2] 對象上撕下來，從新貼到 [3, 4, 5] 這個對象上。 

至始至終，並無一個叫作 values 的列表對象容器存在，Python 也沒有把任何對象的值複製進 values 去。過程如圖所示： 

執行

values[1] = values

的時候，Python 作的事情則是把 values 這個標籤所引用的列表對象的第二個元素指向 values 所引用的列表對象自己。執行完畢後，values 標籤仍是指向原來那個對象，只不過那個對象的結構發生了變化，從以前的列表 [0, 1, 2] 變成了 [0, ?, 2]，而這個 ? 則是指向那個對象自己的一個引用。如圖所示： 
 
要達到你所須要的效果，即獲得 [0, [0, 1, 2], 2] 這個對象，你不能直接將 values[1] 指向 values 引用的對象自己，而是須要吧 [0, 1, 2] 這個對象「複製」一遍，獲得一個新對象，再將 values[1] 指向這個複製後的對象。Python 裏面複製對象的操做因對象類型而異，複製列表 values 的操做是

values[:] #生成對象的拷貝或者是複製序列，再也不是引用和共享變量，但此法只能頂層複製

因此你須要執行 

values[1] = values[:]

Python 作的事情是，先 dereference 獲得 values 所指向的對象 [0, 1, 2]，而後執行 [0, 1, 2][:] 複製操做獲得一個新的對象，內容也是 [0, 1, 2]，而後將 values 所指向的列表對象的第二個元素指向這個複製二來的列表對象，最終 values 指向的對象是 [0, [0, 1, 2], 2]。過程如圖所示： 

往更深處說，values[:] 複製操做是所謂的「淺複製」(shallow copy)，當列表對象有嵌套的時候也會產生出乎意料的錯誤，好比

1	a = [0, [1, 2], 3]

2

b = a[:]

3

a[0] = 8

4	a[1][1] = 9

問：此時 a 和 b 分別是多少？ 

正確答案是 a 爲 [8, [1, 9], 3]，b 爲 [0, [1, 9], 3]。發現沒？b 的第二個元素也被改變了。想一想是爲何？不明白的話看下圖 

正確的複製嵌套元素的方法是進行「深複製」(deep copy)，方法是

1	import copy

2

3	a = [0, [1, 2], 3]

4	b = copy.deepcopy(a)

5

a[0] = 8

6	a[1][1] = 9

二、引用 VS 拷貝：

（1）沒有限制條件的分片表達式（L[:]）可以複製序列，但此法只能淺層複製。

（2）字典 copy 方法，D.copy() 可以複製字典，但此法只能淺層複製

（3）有些內置函數，例如 list，可以生成拷貝 list(L)

（4）copy 標準庫模塊可以生成完整拷貝：deepcopy 本質上是遞歸 copy

（5）對於不可變對象和可變對象來講，淺複製都是複製的引用，只是由於複製不變對象和複製不變對象的引用是等效的（由於對象不可變，當改變時會新建對象從新賦值）。因此看起來淺複製只複製不可變對象（整數，實數，字符串等），對於可變對象，淺複製實際上是建立了一個對於該對象的引用，也就是說只是給同一個對象貼上了另外一個標籤而已。

01	L = [1, 2, 3]

02	D = {'a':1, 'b':2}

03

A = L[:]

04	B = D.copy()

05	print "L, D"

06	print  L, D

07	print "A, B"

08	print A, B

09	print "--------------------"

10	A[1] = 'NI'

11	B['c'] = 'spam'

12	print "L, D"

13	print  L, D

14	print "A, B"

15	print A, B

16

17

18

L, D

19	[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}

20

A, B

21	[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}

22	--------------------

23

L, D

24	[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}

25

A, B

26	[1, 'NI', 3] {'a': 1, 'c': 'spam', 'b': 2}

三、增強賦值以及共享引用：

x = x + y，x 出現兩次，必須執行兩次，性能很差，合併必須新建對象 x，而後複製兩個列表合併

屬於複製/拷貝

x += y，x 只出現一次，也只會計算一次，性能好，不生成新對象，只在內存塊末尾增長元素。

當 x、y 爲list時， += 會自動調用 extend 方法進行合併運算，in-place change。

屬於共享引用

01	L = [1, 2]

02

M = L

03	L = L + [3, 4]

04	print L, M

05	print "-------------------"

06	L = [1, 2]

07

M = L

08	L += [3, 4]

09	print L, M

10

11

12	[1, 2, 3, 4] [1, 2]

13	-------------------

14	[1, 2, 3, 4] [1, 2, 3, 4]

四、python 從 2k 到 3k，語句變函數引起的變量做用域問題  

先看段代碼：

1	def test():

2

a = False

3	exec ("a = True")

4	print ("a = ", a)

5

test()

6

7

b = False

8	exec ("b = True")

9	print ("b = ", b)

在 python 2k 和 3k 下 你會發現他們的結果不同：

1

2K：

2

a =  True

3

b =  True

4

5

3K：

6	a =  False

7

b =  True

這是爲何呢？

由於 3k 中 exec 由語句變成函數了，而在函數中變量默認都是局部的，也就是說

你所見到的兩個 a，是兩個不一樣的變量，分別處於不一樣的命名空間中，而不會衝突。

具體參考 《learning python》P331-P332

知道緣由了，咱們能夠這麼改改：

01	def test():

02

a = False

03	ldict = locals()

04	exec("a=True",globals(),ldict)

05	a = ldict['a']

06

print(a)

07

08

test()

09

10

b = False

11	exec("b = True", globals())

12	print("b = ", b)

這個問題在  stackoverflow 上已經有人問了，並且 python 官方也有人報了 bug。。。

具體連接在下面：

http://stackoverflow.com/questions/7668724/variables-declared-in-execed-code-dont-become-local-in-python-3-documentatio

http://bugs.python.org/issue4831

http://stackoverflow.com/questions/1463306/how-does-exec-work-with-locals

這是一個典型的 python 2k 移植到 3k 不兼容的案例，相似的還有不少，也算是移植的坑吧~

具體的 2k 與 3k 有哪些差別能夠看這裏：

使用 2to3 將代碼移植到 Python 3

http://woodpecker.org.cn/diveintopython3/porting-code-to-python-3-with-2to3.html

REF：

《learning python》：P130、P13四、P20二、P204 、P245

http://www.zhihu.com/question/21000872/answer/16856382