Python中的引用和拷貝淺析

If an object's value can be modified, the object is said to be mutable. If the value cannot be modified,the object is said to be immutable.

mutable 可變類型，例如 list，set，自訂類型（等價於C#中的參考型別）；

immutable 不可變類型，例如string，numbers等（等價於C#中的實值型別）；

一、引用和拷貝（references and copies）

當程式中使用=賦值操作符時，例如a=b，

對於不可變的對象，a作為b的一個拷貝被建立，a和b將指向不同的記憶體位址，a和b相互獨立。

代碼如下:

def TestCopy():
a = 10
b = a
a =20
print (b) #b still is 10

但是對於可變的對象，a作為b的一個引用被建立，a和b的元素公用相同的記憶體位址，a和b的元素共用。

代碼如下:

def TestRef():
a=[1,2,3,4]
b=a #b is a reference to a
print (b is a) # True
b[2] = -100 #change an element in b
print (a) # a also changed to [1,2,-100,4]

二、深拷貝和淺拷貝（shallow copy and deep copy）

為了避免可變對象指向同一個對象，必須建立一個新的拷貝，而不是引用。
在python中可以對容器物件（例如lists和dictionaries）使用兩種拷貝：淺拷貝和深拷貝。

淺拷貝建立一個新的對象，但是使用原來對象的元素的引用（如果是不變類型，相當於是拷貝）來填充新對象。可以使用copy.copy()來實現淺拷貝。

代碼如下:

def TestShallowCopy():
a = [ 1, 2, [3,4] ]
b = list(a) # create a shallow copy of a
print (b is a) #False
b.append(100) #append element to b
print (b)
print (a) # a is unchanged
b[2][0] = -100 # modify an element inside b
print (b)
print (a) # a is changed

在這個例子中，a和b共用相同的可變元素。所以修改其中一個list對象中的元素，另一個list對象也會被修改。

深拷貝建立一個新的對象，同時遞迴地拷貝對象所包含的所有的元素。可以使用copy.deepcopy()來實現深拷貝。

代碼如下:

def TestDeepCopy():
import copy
a = [1, 2, [3, 4]]
b = copy.deepcopy(a)
b[2][0] = -100
print (b) # b is changed
print (a) # a is unchanged

在這個例子中，a和b是對立的list對象，且他們的元素也相互獨立。

三、引用計數和記憶體回收

python中的所有的對象都是引用計數的，一個對象賦值或加入容器時，它的引用計數就會自增，當使用del時或變數賦值為其他值時，引用計數就會自減，當引用計數為0時，python的記憶體回收行程就會回收該變數。

代碼如下:

def TestGarbageCollection():
import sys
print(sys.getrefcount(37))
a = 37 # Creates an object with value 37
print(sys.getrefcount(37))
b = a # Increases reference count on 37
print(sys.getrefcount(37))
c = []
c.append(b) # Increases reference count on 37
print(sys.getrefcount(37))
del a # Decrease reference count of 37
print(sys.getrefcount(37))
b = 42 # Decrease reference count of 37
print(sys.getrefcount(37))
c[0] = 2.0 # Decrease reference count of 37
print(sys.getrefcount(37))

TestGarbageCollection()

運行結果為：

代碼如下:

11
12
13
14
13
12
11

為啥一上來就有11個引用了呢？誰知道？

