python中如何深度拷贝一个对象_Python深拷贝与浅拷贝的区别与实现-Python教程-PHP中文网

深度拷贝通过copy.deepcopy()递归复制对象及其所有嵌套对象，确保新旧对象完全独立；浅拷贝通过copy.copy()或切片仅复制对象本身和直接引用，共享嵌套的可变对象。选择深拷贝可避免修改副本影响原始数据，尤其在处理复杂结构、循环引用或需数据隔离时至关重要；浅拷贝适用于性能敏感且无需修改嵌套对象的场景。自定义类可通过__copy__和__deepcopy__方法控制拷贝行为。

python中如何深度拷贝一个对象_python深拷贝与浅拷贝的区别与实现

在Python中，深度拷贝一个对象意味着创建一个全新的对象，并且递归地复制其内部所有嵌套的、可变的对象，确保新对象与原对象完全独立。而浅拷贝则只复制对象本身及其直接包含的引用，如果原对象包含可变嵌套对象，那么新旧对象会共享这些嵌套对象，导致修改其中一个会影响另一个。实现深度拷贝主要通过Python标准库

copy

登录后复制

模块中的

copy.deepcopy()

登录后复制

函数。

解决方案

理解Python中对象的复制行为，是避免在数据操作中踩坑的关键一步。我们通常说的“复制”，在Python里其实分为“浅拷贝”和“深拷贝”两种模式，它们处理嵌套对象的方式大相径庭。

浅拷贝（Shallow Copy）

当你使用

copy.copy()

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函数或者通过切片操作（如

list[:]

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）进行拷贝时，你得到的是一个浅拷贝。浅拷贝会创建一个新的复合对象，但它并不会递归地复制所有嵌套对象。相反，它会插入对原始对象中找到的子对象的引用。这意味着，如果你的原始对象中包含了可变的子对象（比如列表中的列表，或者字典中的列表），那么浅拷贝后的新对象和原始对象会共享这些子对象。一旦你修改了其中一个的子对象，另一个也会受到影响。

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举个例子，想象你有一个购物清单，里面有几类商品。如果你浅拷贝了这个清单，并修改了其中一类商品的内容，那么原清单里的这部分内容也会变。这就像你复印了一份文件，但文件里有个链接，你点开链接修改了内容，那么原文件里的链接指向的内容也变了。

import copy

# 示例1：列表的浅拷贝
original_list = [1, [2, 3], 4]
shallow_copied_list = copy.copy(original_list)

print(f"Original List: {original_list}, ID: {id(original_list)}")
print(f"Shallow Copied List: {shallow_copied_list}, ID: {id(shallow_copied_list)}")
print(f"ID of original_list[1]: {id(original_list[1])}")
print(f"ID of shallow_copied_list[1]: {id(shallow_copied_list[1])}")

# 修改浅拷贝列表中的嵌套可变对象
shallow_copied_list[1].append(5)

print(f"\nAfter modifying shallow_copied_list[1]:")
print(f"Original List: {original_list}") # 原始列表的嵌套列表也变了
print(f"Shallow Copied List: {shallow_copied_list}")

# 示例2：字典的浅拷贝
original_dict = {'a': 1, 'b': [2, 3]}
shallow_copied_dict = copy.copy(original_dict)

print(f"\nOriginal Dict: {original_dict}")
print(f"Shallow Copied Dict: {shallow_copied_dict}")

shallow_copied_dict['b'].append(4)
print(f"\nAfter modifying shallow_copied_dict['b']:")
print(f"Original Dict: {original_dict}") # 原始字典的嵌套列表也变了
print(f"Shallow Copied Dict: {shallow_copied_dict}")

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深拷贝（Deep Copy）

而深拷贝，通过

copy.deepcopy()

登录后复制

函数实现，则完全是另一回事。它会创建一个全新的复合对象，并且会递归地复制原始对象中所有找到的子对象。这意味着，无论原始对象有多么复杂的嵌套结构，深拷贝都会确保所有层级的对象都被独立地复制出来。新对象与原对象之间没有任何共享的引用，它们是彻彻底底的独立个体。

继续用购物清单的比喻，深拷贝就像你把整份清单，包括清单里的所有商品描述、图片、价格，都重新手写了一遍，并且把所有引用的图片也重新画了一遍。这样，你修改了新清单里的任何内容，都不会影响到原清单。这在很多场景下至关重要，比如当你需要一个对象的完全独立副本进行模拟、修改而不影响原始数据时。

import copy

# 示例：列表的深拷贝
original_list = [1, [2, 3], 4]
deep_copied_list = copy.deepcopy(original_list)

print(f"\nOriginal List: {original_list}, ID: {id(original_list)}")
print(f"Deep Copied List: {deep_copied_list}, ID: {id(deep_copied_list)}")
print(f"ID of original_list[1]: {id(original_list[1])}")
print(f"ID of deep_copied_list[1]: {id(deep_copied_list[1])}") # ID不同，说明是不同的对象

# 修改深拷贝列表中的嵌套可变对象
deep_copied_list[1].append(5)

print(f"\nAfter modifying deep_copied_list[1]:")
print(f"Original List: {original_list}") # 原始列表保持不变
print(f"Deep Copied List: {deep_copied_list}")

# 示例：字典的深拷贝
original_dict = {'a': 1, 'b': [2, 3], 'c': {'x': 10}}
deep_copied_dict = copy.deepcopy(original_dict)

print(f"\nOriginal Dict: {original_dict}")
print(f"Deep Copied Dict: {deep_copied_dict}")

deep_copied_dict['b'].append(4)
deep_copied_dict['c']['y'] = 20 # 修改深层嵌套对象
print(f"\nAfter modifying deep_copied_dict['b'] and ['c']:")
print(f"Original Dict: {original_dict}") # 原始字典保持不变
print(f"Deep Copied Dict: {deep_copied_dict}")

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Python深拷贝和浅拷贝，究竟何时该选哪个？

在我的开发经验里，这几乎是一个月经式的问题，尤其是在处理复杂数据结构时。选择浅拷贝还是深拷贝，并非简单的“哪个更好”，而是取决于你的具体需求和对数据独立性的要求。

何时选择浅拷贝？

性能考量： 深拷贝操作通常比浅拷贝更耗时，因为它需要递归遍历并复制所有嵌套对象。如果你的对象结构非常庞大且嵌套层级深，但你又不需要完全独立的副本，那么浅拷贝无疑是更优的选择。比如，你只是想快速创建一个列表的副本，并且知道列表里只包含不可变类型（如数字、字符串、元组），或者你明确知道不需要修改嵌套的可变对象，浅拷贝就足够了。
共享引用是预期行为： 有时候，你可能就是希望新旧对象共享某些内部组件。例如，一个配置对象可能包含一些共享的资源句柄，你希望所有使用这个配置副本的地方都指向同一个句柄。在这种情况下，浅拷贝恰好符合你的设计意图。
对象只包含不可变类型： 如果你的对象（或其所有嵌套对象）都只包含不可变类型（如数字、字符串、元组），那么浅拷贝和深拷贝的效果其实是一样的。因为不可变对象一旦创建就不能修改，所以共享引用不会带来任何副作用。

何时必须使用深拷贝？

数据独立性至关重要： 这是最核心的理由。当你需要一个对象副本，并且希望对这个副本的任何修改都不会影响到原始对象，反之亦然，那么深拷贝是唯一的选择。我个人就遇到过这样的场景：从一个模板数据结构生成多个实例，每个实例都需要独立地进行修改和处理。如果使用了浅拷贝，修改其中一个实例，就会不小心污染了模板或者其他实例的数据，导致难以追踪的bug。
处理包含可变嵌套对象的复杂结构： 列表、字典、自定义类实例等，如果它们内部还包含其他可变对象，那么浅拷贝的局限性就会凸显。当你需要确保所有层级的数据都是独立的，比如在进行状态快照、历史版本管理或者多线程/协程中避免数据竞争时，深拷贝是不可或缺的。
避免意外的副作用： 浅拷贝带来的共享引用，往往是程序中难以预料的副作用的根源。尤其是在大型项目或团队协作中，如果不对拷贝行为有清晰的认识，很容易因为一个地方的修改影响到另一个看似不相关的部分。深拷贝提供了一种“安全网”，确保你正在操作的数据是完全隔离的。

总的来说，如果你不确定，或者对象结构复杂且包含可变嵌套，那么倾向于使用深拷贝通常是更安全的做法，尽管可能会有轻微的性能开销。

理解Python对象复制的“陷阱”：浅拷贝的局限性

浅拷贝的“陷阱”在于它给人的错觉。初学者往往认为“复制”就是创建一个一模一样、完全独立的新东西，但Python的浅拷贝并非如此。它在处理嵌套的可变对象时，会暴露出其固有的局限性，这常常是导致程序行为异常的隐蔽原因。

浅拷贝的核心问题在于它只复制了“引用”，而非引用指向的“内容”。对于不可变对象（如整数、字符串、元组），这没有问题，因为它们不能被修改，共享引用不会有副作用。但对于列表、字典、集合等可变对象，共享引用就意味着共享了修改的权力。

想象一下，你有一个用户列表，每个用户是一个字典，字典里包含用户的名字和他们的兴趣爱好列表。

users = [
    {'name': 'Alice', 'interests': ['reading', 'hiking']},
    {'name': 'Bob', 'interests': ['coding', 'gaming']}
]

# 浅拷贝用户列表
copied_users = copy.copy(users)

# 尝试修改拷贝后的用户列表中的一个用户的兴趣
copied_users[0]['interests'].append('traveling')

print("Original Users:", users)
print("Copied Users:", copied_users)

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你会发现，

copied_users[0]['interests']

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的修改，也同时反映到了

users[0]['interests']

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上。这并非我们想要的，我们可能只是想在拷贝的用户列表中给Alice添加一个新兴趣，而不影响原始用户列表。这种“牵一发而动全身”的现象，正是浅拷贝的局限性所在，也是它最常见的“陷阱”。它让数据独立性变得脆弱，稍不注意就可能导致数据污染，尤其是在函数间传递数据、或者在多线程环境中操作共享数据时，这种问题会变得尤为棘手且难以调试。

Python深拷贝的“智慧”：如何应对复杂数据结构和循环引用？

深拷贝的“智慧”在于它能够彻底斩断新旧对象之间的所有联系，即使面对最复杂的嵌套结构和令人头疼的循环引用，也能游刃有余。这使得它成为处理复杂数据结构的理想选择，尤其是在需要确保数据完全隔离的场景下。

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应对复杂数据结构

当你的数据结构不仅仅是列表套列表，而是字典里嵌套着自定义类的实例，类实例里又包含着列表和字典，层层叠叠时，浅拷贝几乎是无能为力的。任何对拷贝对象深层数据的修改，都可能不经意间影响到原始对象。深拷贝则能一层层地剥开这些结构，为每个可变对象都创建一个全新的副本。

例如，你有一个表示公司组织结构的类，每个员工对象包含一个下属列表，下属又是员工对象。

class Employee:
    def __init__(self, name, subordinates=None):
        self.name = name
        self.subordinates = subordinates if subordinates is not None else []

    def __repr__(self):
        return f"Employee({self.name}, {len(self.subordinates)} subordinates)"

# 创建一个复杂的组织结构
ceo = Employee("CEO")
manager1 = Employee("Manager A")
manager2 = Employee("Manager B")
employee1 = Employee("Employee X")
employee2 = Employee("Employee Y")

ceo.subordinates.extend([manager1, manager2])
manager1.subordinates.append(employee1)
manager2.subordinates.append(employee2)

# 深拷贝CEO对象
import copy
copied_ceo = copy.deepcopy(ceo)

# 修改拷贝对象的下属结构
copied_ceo.subordinates[0].subordinates.append(Employee("New Employee Z"))

print("Original CEO structure:")
print(ceo)
print(ceo.subordinates[0])
print(ceo.subordinates[0].subordinates)

print("\nCopied CEO structure:")
print(copied_ceo)
print(copied_ceo.subordinates[0])
print(copied_ceo.subordinates[0].subordinates) # 新增的员工只在拷贝结构中

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你会发现，原始的

ceo

登录后复制

对象及其下属结构保持不变，

copied_ceo

登录后复制

则拥有了独立的修改。

处理循环引用（Circular References）

循环引用是深拷贝面临的一个特殊挑战。如果对象A引用了对象B，同时对象B又引用了对象A，那么简单的递归拷贝会陷入无限循环，最终导致栈溢出。

copy.deepcopy()

登录后复制

的“智慧”之处在于它内置了一个机制来优雅地处理这种情况。

它通过维护一个内部字典（memoization table），记录在当前深拷贝过程中已经复制过的对象及其对应的副本。当

deepcopy

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遇到一个它已经处理过的对象时，它不会再次尝试复制，而是直接返回之前创建的副本，从而打破循环，避免无限递归。

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.next = None
        self.prev = None # 假设是一个双向链表

    def __repr__(self):
        return f"Node({self.value})"

# 创建一个循环引用的结构
node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)

node1.next = node2
node2.prev = node1

node2.next = node3
node3.prev = node2

node3.next = node1 # 循环引用：node3指向node1
node1.prev = node3

# 尝试深拷贝node1
import copy
try:
    deep_copied_node1 = copy.deepcopy(node1)
    print("\nDeep copy successful for circular reference.")
    print(f"Original node1: {node1}, next: {node1.next}, prev: {node1.prev}")
    print(f"Copied node1: {deep_copied_node1}, next: {deep_copied_node1.next}, prev: {deep_copied_node1.prev}")
    # 验证循环引用是否被正确复制
    print(f"Copied node1.next.prev == Copied node1: {deep_copied_node1.next.prev == deep_copied_node1}")
    print(f"Copied node1.prev.next == Copied node1: {deep_copied_node1.prev.next == deep_copied_node1}")

except RecursionError:
    print("Deep copy failed due to RecursionError (this should not happen with copy.deepcopy)")

登录后复制

在上面的例子中，

copy.deepcopy()

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能够成功复制这个带有循环引用的链表结构，并且确保新链表中的

prev

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和

next

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指针正确地指向新链表中的对应节点，而不是原始链表中的节点。这种机制是

deepcopy

登录后复制

处理复杂对象图的关键能力，也是其“智慧”的体现。

自定义Python类，如何掌控其复制行为？

对于我们自己定义的类，Python的

copy

登录后复制

模块提供了两种特殊方法，允许我们精确控制深拷贝和浅拷贝的行为。这对于那些具有复杂内部状态或外部资源引用的自定义对象来说，是至关重要的。

__copy__(self)

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方法：控制浅拷贝行为

当你对一个自定义类的实例调用

copy.copy()

登录后复制

时，Python会查找该类是否定义了

__copy__

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方法。如果定义了，就会调用它来执行浅拷贝。通常情况下，我们希望浅拷贝创建一个新的实例，然后复制其属性。默认的

copy.copy()

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行为对于大多数类来说已经足够，它会创建一个新实例，然后将原始实例的

__dict__

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（存储实例属性的字典）浅拷贝到新实例的

__dict__

登录后复制

中。

但如果你的类有特殊的初始化逻辑，或者某些属性不应该被直接复制（比如文件句柄、数据库连接等），你可能就需要自定义

__copy__

登录后复制

。

class MyClass:
    def __init__(self, value, data):
        self.value = value
        self.data = data # 这是一个可变列表

    def __repr__(self):
        return f"MyClass(value={self.value}, data={self.data})"

    def __copy__(self):
        # 默认的浅拷贝行为通常是创建一个新实例，然后复制属性
        # 这里我们手动控制，比如只复制value，data保持引用
        new_instance = type(self)(self.value, self.data)
        # 也可以使用 copy.copy(self.__dict__) 来复制属性字典
        # new_instance.__dict__.update(copy.copy(self.__dict__))
        return new_instance

import copy

obj = MyClass(1, [10, 20])
shallow_obj = copy.copy(obj)

print(f"Original: {obj}")
print(f"Shallow Copy: {shallow_obj}")

shallow_obj.data.append(30)
print(f"After modifying shallow copy's data:")
print(f"Original: {obj}") # Original's data also changed
print(f"Shallow Copy: {shallow_obj}")

登录后复制

在这个例子中，即使我们自定义了

__copy__

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，但如果只是简单地将

self.data

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赋给新实例，它仍然是浅拷贝的行为，因为

self.data

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是一个可变对象，我们传递的是其引用。如果你想在

__copy__

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中实现更深层次的复制（但通常不建议在

__copy__

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中做深层复制，那是

__deepcopy__

登录后复制

的职责），你需要手动处理。

__deepcopy__(self, memo)

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方法：控制深拷贝行为

当你对一个自定义类的实例调用

copy.deepcopy()

登录后复制

时，Python会查找该类是否定义了

__deepcopy__

登录后复制

方法。如果定义了，就会调用它。

memo

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是一个字典，用于处理循环引用，它存储了原始对象到其已创建的副本的映射。

在

__deepcopy__

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中，你需要手动创建新实例，并递归地对所有需要深拷贝的属性调用

copy.deepcopy()

登录后复制

。这是确保所有嵌套对象都独立的关键。

class MyDeepClass:
    def __init__(self, name, settings):
        self.name = name
        self.settings = settings # 这是一个可变字典

    def __repr__(self):
        return f"MyDeepClass(name='{self.name}', settings={self.settings})"

    def __deepcopy__(self, memo):
        # 检查是否已经复制过，处理循环引用
        if self in memo:
            return memo[self]

        # 创建新实例
        new_instance = type(self)(self.name, {}) # 先创建一个空字典或默认值
        memo[self] = new_instance # 将新实例加入memo，防止循环引用

        # 递归深拷贝所有需要深拷贝的属性
        new_instance.settings = copy.deepcopy(self.settings, memo)

        return new_instance

import copy

original_deep_obj = MyDeepClass("ConfigA", {'theme': 'dark', 'options': [1, 2]})
deep_copied_deep_obj = copy.deepcopy(original_deep_obj)

print(f"\nOriginal Deep Object: {original_deep_obj}")
print(f"Deep Copied Deep Object: {deep_copied_deep_obj}")

deep_copied_deep_obj.settings['theme'] = 'light'
deep

登录后复制

以上就是python中如何深度拷贝一个对象_Python深拷贝与浅拷贝的区别与实现的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！