Python对象的故事

【Python开脚第三步】Python中的变量就是标签，标签贴在什么对象上，它的类型(type)就是什么。而且这个标签可以无损地撕下来再贴到别的对象上。这次识途马老来说说Python中的对象的故事。因为不是教科书，就不讲究什么系统不系统了。

第1个故事：可变对象与不可变对象

对象(Objects)是Pyhton对数据(data)的抽象。Python程序中的所有数据都由对象来表示。

每个对象都有一个身份标识(identity),一个类型(type)和一个值(value)。如果变量标签贴到对象上了，那么这个标签也可以称为对象的名字(name)。

对象一旦创建，身份标识永不改变。id(x)返回标签x所贴的对象的身份标识(用一个整数表示), a is b 是对比两个对象的身份标识。你可以把一个对象的身份标识想象成对象的内存地址。Python是语言规范，语言规范可以有不同的实现版本，在CPython实现版本中，id(x)就是x标签所贴的对象的内存地址。

对象一旦创建，其类型也是不可改变的(某些条件下对象的类型在某些场合下确实可以改变，但最好别这样做)。类型决定了对象能取哪些值，能进行哪些操作或运算。不要把变量理解成对象本身，比如，x=24, 后面也可以x="ok!"。所谓“类型不可改变”，指的是整数24和字符串"ok!"的类型不可改变，x本身只是一个标签。我们后面说“对象x”，应该理解成“标签x所贴的对象”,是一种简化说法。因此，你也不要狡辩说，“创建了x=24，然后x的类型不能改变，后面x="ok！"改变了x的类型，所以就错了。”

对象创建后，它的值是否能改变，就要分两种情况了，一种是：mutable，这种对象的值可以改变，另一种就是：immutable，这种对象一旦创建，其值不能改变。对象是否可变，要看对象的类型。有些不可变容器对象(immutable container object )里面可能包含了可变对象(比如y)，那么这个可变对象(y)的值还是可变的，但对象(y)本身就不能换成别的对象(比如z)了。所以，对象的不可变性有时候是很微妙的，要小心处理。反过来说，如果是可变容器对象(mutable container object )里面包含了不可变对象(比如s)，你可以把s对象从容器中换掉，但s对象本身的值不能换。

下面识途马老制作了一张图片，从中可以清楚地看出Python中，哪些内建的数据类型是可变的，哪些是不可变的。注意，其中只包含的内建的数据类型，没有包含由其他模块扩展的数据类型。

图1. Python3内建数据类型的可变性与不可变性

第2个故事：赋值、浅拷贝、深拷贝

在Python中，变量赋值就是贴标签。而像Tuple或List类型的对象，可以看成是组织起来的一组标签，它们需要一个总标签，这个总标签就是变量名。
现在运行下面这个简单程序，看看输出结果。

图2. list对象的内存结构

通过对输出的解读就能让我们知道List的内存结构。按惯例，当然是先创造了列表对象（这里就是[555, 6, 777, 888, 999]）,变量lista就是总标签，总标签下面是一组小标签（lista[0], lista[1], ......）, 指向列表对象（这里就是[555, 6, 777, 888, 999]）的各个元素。

图3. list对象的内存结构图解

那么，把lista赋值给另一个变量listb，listb=lista, 是啥效果呢？这个效果如下图所示，同样的内存地址上又贴上了一个标签。这会导致一个有趣的现象了，你把listb[1]所指的对象改为666的话( listb[1]=666 ), 则lista和listb的值都会变成[555, 666, 777, 888, 999]了，哪怕从代码上看，你并没有对lista做这样的操作。

图4. list对象的赋值操作

怎么理解这一点呢？这就像某人名叫“张三丰”，小名叫“君宝”。某天张三丰不小心把手指头切掉了。李四在旁边看到，赶快打电话给张三丰的爹，说君宝手指头切掉了，正送往医院。张三丰受伤，也就是君宝受伤，反过来，君宝受伤，也就是张三丰受伤。这里的张三丰和君宝就是lista和listb了。
但是，我们再进行另一波操作：listc=lista[:]，则情况就会发生变化了。listc会建立自己的总标签（ listc ）和分标签（ listc[0], listc[1]...... 等等）,只是分标签的指向就是lista中的对应对象元素。这就是所谓的浅拷贝或浅复制。Python有一个专门的模块copy，就提供了浅拷贝功能。

图5. list的浅复制或浅拷贝

与浅拷贝相对应的就是深拷贝了，也是由copy模块提供的。比如，我们想将lista深拷贝给listc，代码就是这样的：listc=copy.deepcopy( lista )。为了搞清楚深拷贝的细节，我们加深一下lista的层级，在lista里面放一个列表元素 ( list1 )，一个元组元素 ( tup1 )。程序和运行结构如图6. 不想看代码的可以直接跳过图6往下读。

图6. 深拷贝演示程序

图7是改造过后的lista的内存结构，lista总标签下，还是5个小标签，分别指向了 [555, 6, list1, tup1, 999] 五个元素。list1里面有两个标签，指向 [ 'yes', 'good' ] 两个对象。tup1元组的两个标签指向 ( 456, 'good python' ) 两个元素(图7中没有列出这两个元素)。

图7.多层次的list列表结构

执行深拷贝语句 listc=copy.deepcopy( lista )之后，listc是啥样的呢？首先，与浅拷贝一样，listc有自己的总标签和分标签，但分标签的指向与浅复制的时候是不一样的。lista中的五个元素 [555, 6, list1, tup1, 999] ，其中的555，6，tup1, 999 都属于不可变对象，listc对应的分标签指向不变，但元素 list1 是可变对象，深拷贝就将 list1 克隆了一整套，并且给这个克隆贴上了一个标签 listc[2] ，如图8所示。为使图示简明清晰，指向不变的标签在图8中没有画出来。

图8. 深拷贝的后果

今天的故事讲完了。其中有一些细节因为过于繁琐，本文一律略去了。有兴趣的读者可以自己去钻研。识途马老之所以纠缠这些对象的内存结构及其变化动作，就是因为在编程的世界里，只有知道了代码的准确运作方式，才能确保编出的代码按程序员的预想运行。我们无法想象一个作曲家不知道音符怎么发音，却能够写出优美的音乐曲谱。这个道理在编程的世界里也是一样的。

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