python对象的比较和拷贝

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'=='和'is'是python中对象比较常用的两种方式。简单来说,'=='操作符比较对象之间的值是否相等,比如下面的例子,表示比较变量a和b所指向的值是否相等。

a == b

而'is'操作符比较的是对象的身份标识是否相等,即它们是否是同一个对象,是否指向同一个内存地址。

在python中,每个对象的身份标识,都能通过函数id(object)获得。因此,'is'操作符,相当于比较对象之间的ID是否相等。

a = 10
b = 10

a == b
True

id(a)
4427562448

id(b)
4427562448

a is b
True

首先python会为10这个值开辟一块内存,然后变量a和b同时指向这块内存区域,即a和b都是指向10这个变量,因此a和b的值相等,id也相等,a==b和a is b都返回true

不过,需要注意,对于整型数字来说,以上a is b为true的结论,只适用于-5到256范围内的数字。

a = 257
b = 257

a == b
True

id(a)
4473417552

id(b)
4473417584

a is b
False

我们把257同时赋值给了a和b,可以看到a == b仍然返回true,因为a和b指向的值相等,但是a is b返回了false,并且a 和b的ID不一样了。

出于对性能优化的考虑,python内部会对-5到256的整型维持一个数组,起到一个缓存的作用。这样,每次试图创建一个-5到256范围内的整型数字时,python都会从这个数组中返回相应的引用,而不是重新开辟一块新的内存空间。

通常来说,在实际工作中,当我们比较变量时,使用'=='的次数会比'is'多得多,因为我们一般关心两个变量的值,而不是它们内部的存储地址。但是,当我们比较一个变量与一个单例时,通常会使用'is'。一个典型的例子,就是检查一个变量是否为None:

if a is None:
      ...

if a is not None:
      ...

比较操作符'is'的速度效率,通常要优于'=='.因为'is'操作符不能被重载,这样,python就不需要去寻找,程序中是否有其他地方重载了比较操作符,并去调用。执行比较操作符'is',就仅仅是比较两个变量的ID而已。

但是'=='操作符却不同,执行a==b相当于是去执行a.eq(b),而python大部分的数据类型都会去重载__eq__这个函数,其内部的处理通常会复杂一些。比如,对于列表,__eq__函数会去遍历列表中的元素,比较它们的顺序和值是否相等。

浅拷贝和深拷贝

常见的浅拷贝的方法,是使用数据类型本身的构造器。

l1 = [1, 2, 3]
l2 = list(l1)

l2
[1, 2, 3]

l1 == l2
True

l1 is l2
False

s1 = set([1, 2, 3])
s2 = set(s1)

s2
{1, 2, 3}

s1 == s2
True

s1 is s2
False

这里,l2就是l1的浅拷贝,s2是s1的浅拷贝。对于可变的序列,还可以通过切片操作符':'完成浅拷贝。

l1 = [1, 2, 3]
l2 = l1[:]

l1 == l2
True

l1 is l2
False

python中也提供了相对应的函数copy.copy(),适用于任何数据类型:

import copy
l1 = [1, 2, 3]
l2 = copy.copy(l1)

需要注意的是,对于元组,使用tuple()或者切片操作符':'不会创建一份浅拷贝,相反,它会返回一个指向相同元组的引用:

t1 = (1, 2, 3)
t2 = tuple(t1)

t1 == t2
True

t1 is t2
True

这里,元组(1,2,3)只被创建一次,t1和t2同时指向这个元组。

浅拷贝,是指重新分配一块内存,创建一个新的对象,里面的元素是原对象中子对象的引用。因此,如果原对象中的元素不可变,那到无所谓;但是如果元素可变,浅拷贝就会带来一些副作用:

l1 = [[1,2], (30, 40)]
l2 = list(l1)
l1.append(100)
l1[0].append(3)

l1
[[1, 2, 3], (30, 40), 100]

l2
[[1, 2, 3], (30, 40)]

l1[1] += (50, 60)
l1
[[1, 2, 3], (30, 40, 50, 60), 100]

l2
[[1, 2, 3], (30, 40)]

首先初始化了一个列表l1,里面的元素是一个列表和一个元组;然后对l1执行浅拷贝,赋予l2。因为浅拷贝里的元素是对原对象元素的引用,因此l2中的元素和l1指向同一个列表和元组对象。

l1.append(100),表示对l1的列表新增元素100。这个操作不会对l2产生任何影响,因为l2和l1作为整体是两个不同的对象,并不共享内存地址。操作过后l2不变,l1会发生改变。

l1.append(3),这里表示对l1中的第一个列表新增元素3。因为l2是l1的浅拷贝,l2中的第一个元素和l1中的第一个元素,共同指向同一个列表,因此l2中的第一个列表也会相对应的新增元素3。操作后l1和l2都会改变

最后是l1[1] += (50, 60),因为元组是不可变的,这里表示对 l1 中的第二个元组拼接,然后重新创建了一个新元组作为 l1 中的第二个元素,而 l2 中没有引用新元组,因此 l2 并不受影响。操作后 l2 不变,l1 发生改变。

可以看到浅拷贝可能带来的问题,因此如果想要避免这种情况,完整地拷贝 一个对象,就得使用深度拷贝。

深度拷贝,是指重新分配一块内存,创建一个新的对象,并且将原对象中的元素,以递归的方式,通过创建新的子对象拷贝到新对象中,因此,新对象和原对象没有任何关联。

python中以copy.deepcopy()来实现对象的深度拷贝。

import  copy
l1 = [[1, 2], (30, 40)]
l2 = copy.deepcopy(l1)
l1.append(100)
l1[0].append(3)

l1
[[1, 2, 3], (30,40), 100]

l2
[[1, 2], (30,  40)]

无论l1如何变化,l2都不变。因为此时的l1和l2完全独立,没有任何联系。