Python 淺拷貝與深拷貝詳解：原理、陷阱與最佳實踐

核心概念

• 淺拷貝：創建新對象，但內部元素仍引用原對象的元素（指針拷貝）。
• 深拷貝：遞歸拷貝所有層級元素，完全獨立於原對象。

互動演示

>>> person = ['name', ['savings', 100]]
>>> hubby = person[:]        # 切片淺拷貝
>>> wifey = list(person)     # list() 淺拷貝
>>> [id(x) for x in (person, hubby, wifey)]
[3074051788, 3074061740, 3074061996]  # 外層列表不同對象
>>> [id(y) for x in (person, hubby, wifey) for y in x]
[3074319552, 3073979916, 3074319552, 3073979916, 3074319552, 3073979916]  # 內層列表同一對象

修改測試

>&>> hubby[0] = 'joe'        # 修改不可變元素（字符串），創建新對象
>> wifey[0] = 'jane'
(person, hubby, wifey)
(['name', ['savings', 100]], ['joe', ['savings', 100]], ['jane', ['savings', 100]])

>> hubby[1][1] = 70        # 修改可變元素（內層列表），影響所有引用
>> (hubby, wifey, person)
(['joe', ['savings', 70]], ['jane', ['savings', 70]], ['name', ['savings', 70]])

原理解析

• 不可變對象（int、str、tuple）修改時實際是創建新對象，故淺拷貝看似獨立；
• 可變對象（list、dict、set）修改時在原內存地址上變更，淺拷貝共享引用會相互影響；
• 深拷貝（copy.deepcopy()）遞歸複製所有層級，徹底隔離。

代碼對比

import copy

original = [1, [2, 3], 4]
shallow = copy.copy(original)
deep = copy.deepcopy(original)

shallow[1].append(99)
print("original:", original)  # [1, [2, 3, 99], 4] 受影響
print("deep:", deep)          # [1, [2, 3], 4] 不受影響

最佳實踐建議

1. 只包含不可變元素時，淺拷貝足夠；
2. 嵌套可變結構且需完全隔離，必須用 copy.deepcopy()；
3. 自定義類可實現 __copy__ 和 __deepcopy__ 控制拷貝行為；
4. 性能敏感場景考慮手動構建新對象而非通用深拷貝。