Python中列表和字典的浅拷贝与深拷贝

在 Python 编程中，列表和字典是非常常用的数据结构。当我们需要复制这些数据结构时，经常会遇到浅拷贝（shallow copy）和深拷贝（deep copy）的概念。理解这两者的区别对于编写高效且无错误的代码非常重要。今天我们就来详细探讨一下浅拷贝和深拷贝的区别，并通过实际代码示例来帮助大家更好地理解和应用。

1. 列表的浅拷贝

浅拷贝（shallow copy）是指创建一个新的对象，但这个新对象中的元素仍然是原对象中元素的引用。这意味着如果原对象中的元素是可变类型（如列表、字典等），修改新对象中的元素会影响到原对象。

示例 1：使用 list() 方法进行浅拷贝

# 原始列表
original_list = [1, 2, [3, 4]]

# 使用 list() 方法进行浅拷贝
shallow_copied_list = list(original_list)

# 修改浅拷贝列表中的嵌套列表
shallow_copied_list[2].append(5)

print("原始列表:", original_list)  # 输出: 原始列表: [1, 2, [3, 4, 5]]
print("浅拷贝列表:", shallow_copied_list)  # 输出: 浅拷贝列表: [1, 2, [3, 4, 5]]

在这个例子中，shallow_copied_list 是 original_list 的浅拷贝。当我们修改 shallow_copied_list 中的嵌套列表时，original_list 也发生了变化，因为它们共享同一个嵌套列表的引用。

2. 列表的深拷贝

深拷贝（deep copy）是指创建一个新的对象，并且这个新对象中的元素也是原对象中元素的完整副本。这意味着即使原对象中的元素是可变类型，修改新对象中的元素也不会影响到原对象。

示例 2：使用 copy 模块的 deepcopy() 方法进行深拷贝

import copy

# 原始列表
original_list = [1, 2, [3, 4]]

# 使用 deepcopy() 方法进行深拷贝
deep_copied_list = copy.deepcopy(original_list)

# 修改深拷贝列表中的嵌套列表
deep_copied_list[2].append(5)

print("原始列表:", original_list)  # 输出: 原始列表: [1, 2, [3, 4]]
print("深拷贝列表:", deep_copied_list)  # 输出: 深拷贝列表: [1, 2, [3, 4, 5]]

在这个例子中，deep_copied_list 是 original_list 的深拷贝。当我们修改 deep_copied_list 中的嵌套列表时，original_list 不会受到影响，因为它们是完全独立的对象。

3. 字典的浅拷贝

字典的浅拷贝与列表类似，创建一个新的字典，但其中的值仍然是原字典中值的引用。

示例 3：使用 dict() 方法进行浅拷贝

# 原始字典
original_dict = {'a': 1, 'b': [2, 3]}

# 使用 dict() 方法进行浅拷贝
shallow_copied_dict = dict(original_dict)

# 修改浅拷贝字典中的嵌套列表
shallow_copied_dict['b'].append(4)

print("原始字典:", original_dict)  # 输出: 原始字典: {'a': 1, 'b': [2, 3, 4]}
print("浅拷贝字典:", shallow_copied_dict)  # 输出: 浅拷贝字典: {'a': 1, 'b': [2, 3, 4]}

在这个例子中，shallow_copied_dict 是 original_dict 的浅拷贝。当我们修改 shallow_copied_dict 中的嵌套列表时，original_dict 也发生了变化，因为它们共享同一个嵌套列表的引用。

4. 字典的深拷贝

字典的深拷贝与列表的深拷贝类似，创建一个新的字典，并且其中的值也是原字典中值的完整副本。

示例 4：使用 copy 模块的 deepcopy() 方法进行深拷贝

import copy

# 原始字典
original_dict = {'a': 1, 'b': [2, 3]}

# 使用 deepcopy() 方法进行深拷贝
deep_copied_dict = copy.deepcopy(original_dict)

# 修改深拷贝字典中的嵌套列表
deep_copied_dict['b'].append(4)

print("原始字典:", original_dict)  # 输出: 原始字典: {'a': 1, 'b': [2, 3]}
print("深拷贝字典:", deep_copied_dict)  # 输出: 深拷贝字典: {'a': 1, 'b': [2, 3, 4]}

在这个例子中，deep_copied_dict 是 original_dict 的深拷贝。当我们修改 deep_copied_dict 中的嵌套列表时，original_dict 不会受到影响，因为它们是完全独立的对象。

5. 实战案例：管理学生信息

假设我们有一个学生信息管理系统，每个学生的信息包括姓名、年龄和课程列表。我们需要实现一个功能，将一个学生的信息复制给另一个学生，但不希望修改新学生的课程列表时影响到原学生的课程列表。

示例 5：使用深拷贝管理学生信息

import copy

class Student:
    def __init__(self, name, age, courses):
        self.name = name
        self.age = age
        self.courses = courses

    def add_course(self, course):
        self.courses.append(course)

    def __str__(self):
        return f"Student: {self.name}, Age: {self.age}, Courses: {self.courses}"

# 创建一个学生对象
student1 = Student("Alice", 20, ["Math", "Science"])

# 使用深拷贝复制学生对象
student2 = copy.deepcopy(student1)

# 修改新学生对象的课程列表
student2.add_course("History")

print("学生1:", student1)  # 输出: 学生1: Student: Alice, Age: 20, Courses: ['Math', 'Science']
print("学生2:", student2)  # 输出: 学生2: Student: Alice, Age: 20, Courses: ['Math', 'Science', 'History']

在这个例子中，我们使用 deepcopy() 方法将 student1 的信息复制给 student2。当我们为 student2 添加新的课程时，student1 的课程列表不会受到影响，因为它们是完全独立的对象。

总结

本文详细介绍了 Python 中列表和字典的浅拷贝和深拷贝的区别，并通过实际代码示例展示了如何使用 list()、dict() 和 copy 模块的 deepcopy() 方法进行浅拷贝和深拷贝。浅拷贝创建的是新对象，但其中的元素仍然是原对象中元素的引用，而深拷贝创建的是新对象及其元素的完整副本。

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