两个变量似乎指向同一个列表，即使它们应该是唯一的

Question

我在程序中使用列表，但我不理解以下行为。我已经开始了解可变性以及它如何影响变量分配，但我在这里看不到问题：

class Test:
    def __init__(self, list_n):
        list_a = list_n[:]
        list_b = list_n[:]
        print(list_a is list_b) # Prints False
        print(list_a is list_n) # Prints False
        print(list_b is list_n) # Prints False

        list_a[0][0] = 1
        print(list_a) # Both of these print [[1,0,0][0,0,0][0,0,0]]
        print(list_b)

def main():
    list_n = [[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]
    test = Test(list_n)      

if __name__ == '__main__': main()

list_a 和 list_b 似乎仍然指向同一个列表，尽管我认为我采取了必要的措施来防止这种情况发生。

Answer 1

为什么不使用切片符号来复制我的列表？

您的示例不起作用的原因是您只制作了list_n 的浅拷贝。列表的浅表副本仅复制“顶级”列表。浅复制列表不会复制子列表。通过在list(list.copy()) 上调用copy() 或使用切片表示法(list[:]) 来制作列表的浅拷贝。

在 C 级别，当对列表元素进行浅拷贝时，指向列表的指针（称为 PyObjects）会从一个列表复制到另一个列表。然而，每个子列表的实际指针不会被复制，因此list_a 和list_b 都包含指向确切相同子列表的指针。

说白了，您从未复制list_n 中的每个子列表，因此list_a 和list_b 仍然都包含指向相同子列表的指针。这可以通过创建list_n 的“深拷贝”来解决 - 无论嵌套级别如何，原始列表中每个子列表的副本 - 使用 copy.deepcopy()：

>>> from copy import deepcopy
>>> 
>>> list_n = [[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]
>>> list_a = deepcopy(list_n)
>>> list_b = deepcopy(list_n)
>>> 
>>> list_a[0][0] = 1
>>> list_a
[[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
>>> list_b
[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
>>> 

什么时候应该使用deepcopy()？

使用deepcopy() 的最大缺点之一是“深度复制”浅嵌套列表需要大量时间。

如果您的列表只是浅嵌套（两到三层深），则应该简单地使用 嵌套列表理解 而不是 deepcopy()。使用这种方法会大大提高效率（感谢@jonrsharpe 指出这一点）：

>>> list_n = [[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]
>>> list_a = [x[:] for x in list_n]
>>> list_b = [x[:] for x in list_n]

使用标准库中的timeit模块可以观察到使用这种方法获得的效率：

>>> import timeit
>>> 
>>> setup="from copy import deepcopy; list_n = [[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]"
>>> timeit.timeit(setup=setup, stmt="deepcopy(list_n)")
24.223977088928223
>>> timeit.timeit(setup=setup, stmt="[x[:] for x in list_n]")
1.2281990051269531
>>>  

但是，如果您的列表更深，应该选择使用deepcopy()，即使它看起来有些庞大。人们通常永远不需要牺牲可读性而不是效率。此外，随着列表理解变得越来越复杂，deepcopy() 的效率开始变小。

为什么deepcopy() 这么慢？

deepcopy() 比大多数其他方法慢得多（感谢@Felix 的提问）的原因是因为deepcopy() 比简单的列表理解所做的工作要多得多。与列表理解不同，deecopy() 必须在任意嵌套的列表上工作，可能有多个嵌套级别。因此，在浅嵌套列表中使用它是非常过大的，并且会导致执行时间慢得多。

要更好地了解 deepcopy() 在幕后的作用，您可以查看函数的源代码，因为它是 open source and available to the public for viewing。