python中的可变与不可变、深拷贝和浅拷贝

个人猜想（很遗憾失败了）

在硬盘或者系统中存在一个字符集

如果存在硬盘中，那么硬盘出厂的时候他的字符集所占用的空间就已经确定了。

如果存在于系统的话，硬盘应该在出厂的时候为系统设置一个存储系统字符集的地方。在安装系统的时候，把这个字符集放入约定的内存空间中。

当然，这个字符集不管是存在硬盘还是系统自带，硬盘中的这片内存区域是不允许改变的。所以不可变类型的原因就找到了。

文心一言告诉我，确实存在一个字符集，但并不存在于硬盘中，而是存在系统中，用于处理数据

不过可以确定的是，这些不可变数据的创建及存储是有一定规律的

测试一下

使用python输出不可变类型的内存地址

结论：
经过多次运行，这个内存地址在一个时间段内输出的内容是相同的
应该是某种机制在保护，程序结束后并不释放内存空间
而是等待一段时间的下次调用，用来节省资源的消耗

但是结果的差值都为32

a=1
b=2
print("a=",id(a))
print("b=",id(b))

"""
a= 140731726750504
b= 140731726750536

"""

"""
a= 140731562451752
b= 140731562451784
"""

使用 C语言输出不可变类型的内存地址

测试了一下C语言的，发他的内存地址是固定不会变化的

于是我想起来C语言编译型语言，于是又重新创建了一个代码相同的文件，结果竟然是相同的

#include   
  
int main() {  
    int a = 1;  
    int b = 2;  
  
    printf("变量a的内存地址是：%d\n", &a);  
    printf("变量b的内存地址是：%d\n", &b);  
  
    return 0;  
}

//变量a的内存地址是：6422300
//变量b的内存地址是：6422296

尝试使用虚拟机的ubuntn系统下运行

python测试

结果显示差值为168，但是不会在一段时间内改变

a=1
b=2
print("a=",id(a))
print("b=",id(b))


"""
a= 10894368
b= 10894400
"""

C语言测试

发现每一次的结果都不同，但是每次都相差4，由此想到了系统架构是64还是32，一时间大量的疑问涌入脑中，好吧，时间有限，停止思考，疑问封存

什么是可变与不可变

可变不可变，是指内存中的那块内容（value）是否可以被改变

• 可变类型（mutable），创建后可以继续修改对象的内容（值）

  字典、列表

  

• 不可变类型（unmutable） ，一旦创建就不可修改的对象（值）

  数字， 字符串，元组

什么是深拷贝和浅拷贝

 python中的copy 模块，可以实现拷贝功能

浅拷贝（就像快捷方式）

浅拷贝：引用（地址）拷贝，并没有产生新的空间。如果拷贝的是对象，原对象和copy对象都指向同一个内存空间，只拷贝父对象，不会拷贝对象的内部的子对象

• 不会产生新的空间
• 源对象和副本对象指向同一空间
• 如果拷贝的是对象，子对象不会拷贝（不产生新的空间）

用法： copy.copy(变量) 会进行拷贝

深拷贝（真正的复制）

• 会产生新的空间
• 能够保持各自的独立性
• 如果拷贝的是对象，子对象也会拷贝（产生新的空间）

深拷贝：会产生新的空间。如果拷贝的是对象，原对象和copy对象都指向不同的内存空间，会拷贝对象及其子对象（会产生新的空间）

用法：copy.deepcopy(变量名)

简单可变类型的拷贝

简单可变数据类型不管是深拷贝和浅拷贝，都会产生新的空间，而且保持各自的独立性

验证

浅拷贝

import copy

list1 = [2, 4, 6]
# 浅拷贝
list2 = copy.copy(list1)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))
list1.append(8)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))
# 测试结果
""""
list1= [2, 4, 6] 2366561172928
list2= [2, 4, 6] 2366558942976
list1= [2, 4, 6, 8] 2366561172928
list2= [2, 4, 6] 2366558942976
"""

深拷贝

import copy

list1=[2,4,6]
# 深拷贝
list2=copy.deepcopy(list1)

print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))
list1.append(8)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))
# 测试结果
"""
list1= [2, 4, 6] 2447599320576
list2= [2, 4, 6] 2447598755904
list1= [2, 4, 6, 8] 2447599320576
list2= [2, 4, 6] 2447598755904
"""

复杂可变类型的拷贝

复杂类型的内存地址是引用

list1 = [1, 3, 5]
list2 = [2, 4, 6]

list3 = [list1, list2]

print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))
print("list3=", list3, id(list3))
print("list3[0]=", list3[0], id(list3[0]))

"""
嵌套只是引用
list1= [1, 3, 5] 2090564943424
list2= [2, 4, 6] 2090564397632
list3= [[1, 3, 5], [2, 4, 6]] 2090562664192
list3[0]= [1, 3, 5] 2090564943424
"""

浅拷贝（对快捷方式创建快捷方式）

• 复杂可变类型的 浅拷贝，实际上是引用拷贝，无法保持独立性

验证

import copy

list1 = [1, 3, 5]
list2 = [2, 4, 6]

list3 = [list1, list2]

# 已知，复杂类型的内存地址是引用
# 所以对复杂类型进行浅拷贝
list4 = copy.copy(list3)

list1.append(7)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list3=", list3, id(list3))
print("list4=", list4, id(list4))
print("list4=[0]", list4[0], id(list4[0]))

"""运行结果：在浅拷贝结束后
对简单类型进行数据的添加
复杂类型的内容会改变，浅拷贝的内容也会发生改变
而浅拷贝的地址改变了
所以浅拷贝针对复杂类型最顶层
list1= [1, 3, 5, 7] 3144178450048
list3= [[1, 3, 5, 7], [2, 4, 6]] 3144178363904
list4= [[1, 3, 5, 7], [2, 4, 6]] 3144178364544
list4=[0] [1, 3, 5, 7] 3144178450048
"""

深拷贝（真正的复制）

• 复杂可变类型的 深拷贝，此时会产生新的内存空间

验证

import copy

list1 = [1, 3, 5]
list2 = [2, 4, 6]

list3 = [list1, list2]

# 进行深拷贝
list4 = copy.deepcopy(list3)

list1.append(7)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list3=", list3, id(list3))
print("list4=", list4, id(list4))
print("list4=[0]", list4[0], id(list4[0]))

"""运行结果：
深拷贝将复杂类型中的简单类型数据也进行了复制
实现了完全复制
list1= [1, 3, 5, 7] 1623394860736
list3= [[1, 3, 5, 7], [2, 4, 6]] 1623394774528
list4= [[1, 3, 5], [2, 4, 6]] 1623394775104
list4=[0] [1, 3, 5] 1623394775360
"""

简单不可变类型的拷贝（都是浅拷贝）

验证

import copy


def copy_popy():
    tuple1=(1,3,5)

    # 浅拷贝
    tuple2=copy.copy(tuple1)

    print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
    print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))

    """运行结果：
    tuple1= (1, 3, 5) 2239384263296
    tuple2= (1, 3, 5) 2239384263296
    """


tuple1=(1,3,5)
#深拷贝
tuple2=copy.deepcopy(tuple1)

print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))

"""运行结果
tuple1= (1, 3, 5) 2406599105152
tuple2= (1, 3, 5) 2406599105152
"""

复杂不可变类型的拷贝

复杂不可变类型的本质

import copy

list1=[1,3,5]
list2=[2,4,6]

tuple1=(list1,list2)

print("list1=",list1,id(list1))
print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple1[0]=",tuple1[0],id(tuple1[0]))


"""运行结果
list1= [1, 3, 5] 2175399394816
tuple1= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2175399258432
tuple1[0]= [1, 3, 5] 2175399394816
"""

验证

浅拷贝

只关心最外层的数据类型是什么，如果是不可变类型，直接引用，没有办法保证数据的独立性

外层为不可变，内层为可变

import copy

list1=[1,3,5]
list2=[2,4,6]

tuple1=(list1,list2)

# 进行浅拷贝
tuple2=copy.copy(tuple1)

print("list1=",list1,id(list1))
print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple1[0]=",tuple1[0],id(tuple1[0]))
print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))
print("tuple2[0]=",tuple2[0],id(tuple2[0]))


"""运行结果
list1= [1, 3, 5] 2384705011392
tuple1= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2384704858432
tuple1[0]= [1, 3, 5] 2384705011392


tuple2= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2384704858432
tuple2[0]= [1, 3, 5] 2384705011392
"""

外层为可变，内层为不可变

import copy

list1=(1,3,5)
list2=(2,4,6)

tuple1=[list1,list2]

# 进行浅拷贝
tuple2=copy.copy(tuple1)

print("list1=",list1,id(list1))
print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple1[0]=",tuple1[0],id(tuple1[0]))
print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))
print("tuple2[0]=",tuple2[0],id(tuple2[0]))


"""运行结果
list1= (1, 3, 5) 2192295467648
tuple1= [(1, 3, 5), (2, 4, 6)] 2192295837376
tuple1[0]= (1, 3, 5) 2192295467648

tuple2= [(1, 3, 5), (2, 4, 6)] 2192295274688
tuple2[0]= (1, 3, 5) 2192295467648
"""

深拷贝

这个数据是否有可变的数据类型，如果有它就会为可变类型开辟多个空间存储数据和地址，达到保证数据独立性的作用

外层为可变类型

import copy

list1=(1,3,5)
list2=(2,4,6)

tuple1=[list1,list2]

# 进行深拷贝
tuple2=copy.deepcopy(tuple1)

print("list1=",list1,id(list1))
print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple1[0]=",tuple1[0],id(tuple1[0]))
print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))
print("tuple2[0]=",tuple2[0],id(tuple2[0]))


"""运行结果
list1= (1, 3, 5) 2050110790272
tuple1= [(1, 3, 5), (2, 4, 6)] 2050111160000
tuple1[0]= (1, 3, 5) 2050110790272


tuple2= [(1, 3, 5), (2, 4, 6)] 2050111074560
tuple2[0]= (1, 3, 5) 2050110790272
"""

外层为不可变类型 

import copy

list1 = [1, 3, 5]
list2 = [2, 4, 6]

tuple1 = (list1, list2)

# 进行深拷贝
tuple2 = copy.deepcopy(tuple1)

print("list1=", list1, id(list1))
print("tuple1=", tuple1, id(tuple1))
print("tuple1[0]=", tuple1[0], id(tuple1[0]))
print("tuple2=", tuple2, id(tuple2))
print("tuple2[0]=", tuple2[0], id(tuple2[0]))

"""运行结果
list1= [1, 3, 5] 2221492256448
tuple1= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2221492103488
tuple1[0]= [1, 3, 5] 2221492256448

tuple2= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2221492102912
tuple2[0]= [1, 3, 5] 2221492170816
"""

内外都不可变

import copy

list1 = (1, 3, 5)
list2 = (2, 4, 6)

tuple1 = (list1, list2)

# 进行深拷贝
tuple2 = copy.deepcopy(tuple1)

print("list1=", list1, id(list1))
print("tuple1=", tuple1, id(tuple1))
print("tuple1[0]=", tuple1[0], id(tuple1[0]))
print("tuple2=", tuple2, id(tuple2))
print("tuple2[0]=", tuple2[0], id(tuple2[0]))

"""运行结果
list1= (1, 3, 5) 2647937981056
tuple1= ((1, 3, 5), (2, 4, 6)) 2647938197824
tuple1[0]= (1, 3, 5) 2647937981056

tuple2= ((1, 3, 5), (2, 4, 6)) 2647938197824
tuple2[0]= (1, 3, 5) 2647937981056
"""

注意：只要是可变类型不管是深拷贝都会开辟新的空间 

切片拷贝（变量名[:]）

切片拷贝，是一种浅拷贝，副本对象和原对象指向同一个空间

简单可变类型

list1 = [1, 3, 5]

list2 = list1[:]

print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))

list2.append(7)
print("list1=", list1, id(list1))
print("list2=", list2, id(list2))

"""运行结果
list1= [1, 3, 5] 1612210008768
list2= [1, 3, 5] 1612211181632

list1= [1, 3, 5] 1612210008768
list2= [1, 3, 5, 7] 1612211181632
"""

复杂不可变类型

list1 = [1, 3, 5]
list2 = [2, 4, 6]

tuple1=(list1,list2)

tuple2=tuple1[:]

print("list1=",list1,id(list1))
print("tuple1=",tuple1,id(tuple1))
print("tuple2=",tuple2,id(tuple2))
print("tuple1[0]=",tuple1[0],id(tuple1[0]))
print("tuple2[0]=",tuple2[0],id(tuple2[0]))
list1.append(7)
print("tuple2[0]=",tuple2[0],id(tuple2[0]))

"""运行结果得出，切片拷贝是浅拷贝
list1= [1, 3, 5] 2281363043008
tuple1= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2281364482816
tuple2= ([1, 3, 5], [2, 4, 6]) 2281364482816

tuple1[0]= [1, 3, 5] 2281363043008
tuple2[0]= [1, 3, 5] 2281363043008
tuple2[0]= [1, 3, 5, 7] 2281363043008
"""

字典拷贝 （字典名.copy()）

字典提供一个copy()方法，也是浅拷贝，虽然地址发生改变，但是内部的对象仍然是链接状态

test_dict1={"age":[10,20,30]}

test_dict2=test_dict1.copy()

print("test_dict1=",test_dict1,id(test_dict1))
print("test_dict2=",test_dict2,id(test_dict2))
test_dict1["age"][0]=100

print("test_dict1=",test_dict1,id(test_dict1))
print("test_dict2=",test_dict2,id(test_dict2))

"""运行结果显示，字典拷贝为浅拷贝
test_dict1= {'age': [10, 20, 30]} 2561919905472
test_dict2= {'age': [10, 20, 30]} 2561921341312

test_dict1= {'age': [100, 20, 30]} 2561919905472
test_dict2= {'age': [100, 20, 30]} 2561921341312
"""