详解python中的列表切片以及它与浅拷贝的关系（下）

从上文的列表切片中，我们已经能大致看出浅拷贝的全貌了。不管是使用切片的方式获取列表的部分内容还是全部内容，python都帮我们把列表的索引以及每个列表元素的引用都拷贝了一份，相当于生成了一个新列表。下面我们来详细介绍一下浅拷贝与深拷贝。

浅谈列表的深/浅拷贝

浅拷贝与深拷贝是各大语言中的一个比较热门的话题，具体到每种语言，体现出的含义又略有不同。在python中，由于它一切皆对象的特性，使得我们经常在浅拷贝与深拷贝这个问题上弄得晕头转向。

· 浅拷贝

在python中，无论是数值、字符、字符串，还是列表、元组、集合、字典，都看作是一种对象。列表、元组、集合、字典属于复合对象，它们可以包含数值、字符、字符串，也可以互相嵌套。在不考虑复合对象之间互相嵌套的情形下，浅拷贝解决了复合对象拷贝以后与源对象的数据隔离问题。

我们看如下代码：

originList = ["钢铁侠", "美国队长", "雷神", "冬兵", "浩克", "星爵", "格鲁特", "蚁人", "猩红女巫", "女武神"]
heroList02 = ["幻视", "鹰眼", "蜘蛛侠"]
element = "灭霸"
herolist01 = originList[:]
print("heroList01 的内容是：{}".format(herolist01))
print("heroList01 的地址是：{}".format(hex(id(herolist01))))
print("heroList01 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(herolist01[0]))))
print("originList 的内容是：{}".format(originList))
print("originList 的地址是：{}".format(hex(id(originList))))
print("originList 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(originList[0]))))
print("----------------接下来我们修改heroList第一个元素-----------------")
print("element 的内容是{}，地址是{}".format(element, hex(id(element))))
herolist01[0] = element
print("heroList01 的内容是：{}".format(herolist01))
print("heroList01 的地址是：{}".format(hex(id(herolist01))))
print("heroList01 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(herolist01[0]))))
print("originList 的内容是：{}".format(originList))
print("originList 的地址是：{}".format(hex(id(originList))))
print("originList 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(originList[0]))))

在pycharm中运行上述代码，得到如下输出：

heroList01 的内容是：['钢铁侠', '美国队长', '雷神', '冬兵', '浩克', '星爵', '格鲁特', '蚁人', '猩红女巫', '女武神']
heroList01 的地址是：0x15011868688
heroList01 第一个元素的地址是：0x150105c5390
originList 的内容是：['钢铁侠', '美国队长', '雷神', '冬兵', '浩克', '星爵', '格鲁特', '蚁人', '猩红女巫', '女武神']
originList 的地址是：0x15010485188
originList 第一个元素的地址是：0x150105c5390
----------------接下来我们修改heroList第一个元素-----------------
element 的内容是灭霸，地址是0x150118e9090
heroList01 的内容是：['灭霸', '美国队长', '雷神', '冬兵', '浩克', '星爵', '格鲁特', '蚁人', '猩红女巫', '女武神']
heroList01 的地址是：0x15011868688
heroList01 第一个元素的地址是：0x150118e9090
originList 的内容是：['钢铁侠', '美国队长', '雷神', '冬兵', '浩克', '星爵', '格鲁特', '蚁人', '猩红女巫', '女武神']
originList 的地址是：0x15010485188
originList 第一个元素的地址是：0x150105c5390

可以看到，使用浅拷贝以后，heroList01与originList之间实现了数据隔离，对heroList01中的元素进行修改不影响originList。浅拷贝的数据隔离非常类似于linux内核中的写时复制机制，即浅拷贝发生以后，拷贝的列表与原始列表仍然共享一份数据副本，后续对拷贝的列表或者原始列表进行写入操作时，才会重新申请空间写入新数据。

列表切片属于浅拷贝的一种，对于列表来说，浅拷贝还有其它3种实现方式，分别是工厂方法list()、列表中自带的copy()方法，以及copy库中的copy方法，感兴趣的同学可以去尝试一下，这里不再一一赘述。

· 深拷贝

浅拷贝只解决了复合对象中包含简单对象的数据隔离，当待拷贝的对象中嵌套了其他复合对象的时候，浅拷贝就出问题了。我们看如下代码：

list01 = [1, 2, 3, [4, 5]]
list02 = list01[::]
print(hex(id(list01[0])))
print(hex(id(list02[0])))
list02[0] = 10
list02[3][0] = 8
print(hex(id(list01[0])))
print(hex(id(list02[0])))
print(list01)
print(list02)

代码输出如下：

0x7ffeea02a190
0x7ffeea02a190
0x7ffeea02a190
0x7ffeea02a2b0
[1, 2, 3, [8, 5]]
[10, 2, 3, [8, 5]]

可以看到，对于外层元素，两个列表之间实现了数据隔离，而对于嵌套的复合对象，两个列表之间仍然是共享的。我们将上述代码转化成内存示意图，就能更直观地看出在拷贝以及修改过程中究竟发生了什么

可以看到，浅拷贝在拷贝复杂对象时仍然采取了共享策略，于是，对嵌套列表的修改导致list01、list02的数据都发生了变化。当我们要对列表中嵌套的列表保持数据隔离时，深拷贝就派上用场了。在python中，实现深拷贝的方法是调用copy中的deepcopy方法，请看如下代码：

import copy
list01 = [1, 2, 3, [4, 5]]
print("----------------使用深拷贝的方法复制一个list02----------------")
list02 = copy.deepcopy(list01)
print("list01 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(list01[0]))))
print("list01 中嵌套的列表地址是：{}".format(hex(id(list01[3]))))
print("list01 中嵌套的列表的第一个元素地址是：{}".format(hex(id(list01[3][0]))))
print("list02 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(list02[0]))))
print("list02 中嵌套的列表地址是：{}".format(hex(id(list02[3]))))
print("list02 中嵌套的列表的第一个元素地址是：{}".format(hex(id(list02[3][0]))))
print("-----------------下面对list02中的元素进行修改-----------------")
list02[0] = 10
list02[3][0] = 8
print("list01 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(list01[0]))))
print("list01 中嵌套的列表地址是：{}".format(hex(id(list01[3]))))
print("list01 中嵌套的列表的第一个元素地址是：{}".format(hex(id(list01[3][0]))))
print("list02 第一个元素的地址是：{}".format(hex(id(list02[0]))))
print("list02 中嵌套的列表地址是：{}".format(hex(id(list02[3]))))
print("list02 中嵌套的列表的第一个元素地址是：{}".format(hex(id(list02[3][0]))))
print("list01的内容是：{}".format(list01))
print("list02的内容是：{}".format(list02))

上述代码的输出如下:

----------------使用深拷贝的方法复制一个list02----------------
list01 第一个元素的地址是：0x7ffee9d9a190
list01 中嵌套的列表地址是：0x148f6d95188
list01 中嵌套的列表的第一个元素地址是：0x7ffee9d9a1f0
list02 第一个元素的地址是：0x7ffee9d9a190
list02 中嵌套的列表地址是：0x148f6ecbf08
list02 中嵌套的列表的第一个元素地址是：0x7ffee9d9a1f0
-----------------下面对list02中的元素进行修改-----------------
list01 第一个元素的地址是：0x7ffee9d9a190
list01 中嵌套的列表地址是：0x148f6d95188
list01 中嵌套的列表的第一个元素地址是：0x7ffee9d9a1f0
list02 第一个元素的地址是：0x7ffee9d9a2b0
list02 中嵌套的列表地址是：0x148f6ecbf08
list02 中嵌套的列表的第一个元素地址是：0x7ffee9d9a270
list01的内容是：[1, 2, 3, [4, 5]]
list02的内容是：[10, 2, 3, [8, 5]]

在上述代码的输出中，我们至少可以看出两点：1、对于列表中包含的数值类型，在深拷贝时依然采取了写时复制的策略，也就是说只有当这些元素被修改时才会重新申请空间写入新数据；2、对于列表中包含的列表，在深拷贝时会逐层拷贝，但嵌套列表中包含的数值类型仍然采取共享策略。我们用内存图来表达上述深拷贝过程，会更直观更清晰。