自底向上：從可變對象、不可變對象到深淺拷貝再到數據結構

• 2022 年 4 月 13 日
• 筆記

一、不可變對象和可變對象**

Python 在 heap 中分配的對象分成兩類：可變對象和不可變對象。所謂可變對象是指，對象的內容是可變的，例如 list。而不可變的對象則相反，表示其內容不可變。

不可變對象 ：int，string，float，tuple   -- 可理解為C中，該參數為值傳遞
可變對象   ：list，dictionary           -- 可理解為C中，該參數為指針傳遞

不可變對象

由於Python中的變量存放的是對象引用，所以對於不可變對象而言，儘管對象本身不可變，但變量的對象引用是可變的。運用這樣的機制，有時候會讓人產生糊塗，似乎可變對象變化了。如下面的代碼：

for i in range(10):
	print(id(i))
    
outputs:
    2221403367696
    2221403367728
    2221403367760
    2221403367792
    2221403367824
    2221403367856
    2221403367888
    2221403367920
    2221403367952
    2221403367984

從上面得知，不可變的對象的特徵沒有變，依然是不可變對象，變的只是創建了新對象，改變了變量的對象引用。

對於可變對象

其對象的內容是可以變化的。當對象的內容發生變化時，變量的對象引用是不會變化的。如下面的例子。

m = [1,2,3]
print(id(m))
m += [4]
print(id(m))

outputs:
    2221492412544
    2221492412544

對於可變對象 list這種進行操作時，相當於修改對象中某個屬性，所以不會改變地址 python都是將對象的引用(內存地址)賦值給變量的。

現在問題來了

def myfunc(l):
	l.append(1)	 # 列表加1
	print(l)
l = [1,2,3]
myfunc(l)	# [1,2,3,1]
print(l)	# [1,2,3,1]

可變對象l送進函數中操作後，對函數外面的也起作用，不可變對象則相反。因為函數直接對可變對象的地址的值進行了修改。該操作對於類初始化傳值有一樣的效果。

只有搞懂可變對象和不可變對象之後，才能理解下面的深拷貝與淺拷貝。

二、深拷貝和淺拷貝

淺拷貝

• 淺拷貝會創建一個新的容器對象(compound object)
• 對於對象中的元素，淺拷貝就只會使用原始元素的引用（內存地址）

深拷貝

• 深拷貝和淺拷貝一樣，都會創建一個新的容器對象(compound object)
• 和淺拷貝的不同點在於，深拷貝對於對象中的元素，深拷貝都會重新生成一個新的對象

更進一步，由於淺拷貝複製的是元素的地址引用，如果元素是不可變類型，修改就更新了地址，和原對象的地址不同了，所以原對象不會受到影響，當元素是可變類型，修改沒有改變地址，這樣原對象也就跟着變化。

對於深拷貝而言，改變任何一個對象都對另一個沒有影響，它們是獨立的。無論是不可變對象，還是可變對象，深拷貝後它們的地址已經不一樣了。

三、哈希表中的可哈希和不可哈希對象

了解了上文之後，在python中使用哈希表（散列表）數據結構時，又有可哈希和不可哈希對象之分，其實這裡就是可變對象和不可變對象。為什麼呢？

對於不可變類型而言，不同的值意味着不同的內存，相同的值存儲在相同的內存，如果將我們的不可變對象理解成哈希表中的 Key，將內存理解為經過哈希運算的哈希值 Value，這不正好滿足哈希表的性質嘛。

對於可變對象而言，比如一個列表，更改列表的值，但是對象的地址本身是不變的，也就是說不同的 Key，映射到了相同的 Value，這顯然是不符合哈希值的特性的，即出現了哈希運算裏面的衝突。

所以在python中使用set()、dictionary()時鍵值都必須是不可變對象。

參考文章:Python基礎：Python可變對象和不可變對象