深入探究Python中變量的拷貝和作用域問題

在 python 中賦值語句總是建立對象的引用值，而不是復制對象。因此，python 變量更像是指針，而不是數據存儲區域，

這點和大多數 OO 語言類似吧，比如 C++、java 等 ~
1、先來看個問題吧：

在Python中，令values=[0,1,2];values[1]=values,為何結果是[0,[...],2]?

>>> values = [0, 1, 2]
>>> values[1] = values
>>> values
[0, [...], 2]
我預想應當是    
[0, [0, 1, 2], 2]
但結果卻為何要賦值無限次？
可以說 Python 沒有賦值，只有引用。你這樣相當于創建了一個引用自身的結構，所以導致了無限循環。為了理解這個問題，有個基本概念需要搞清楚。
Python 沒有「變量」，我們平時所說的變量其實只是「標簽」，是引用。
執行    
values = [0, 1, 2]
的時候，Python 做的事情是首先創建一個列表對象 [0, 1, 2]，然后給它貼上名為 values 的標簽。如果隨后又執行    
values = [3, 4, 5]

的話，Python 做的事情是創建另一個列表對象 [3, 4, 5]，然后把剛才那張名為 values 的標簽從前面的 [0, 1, 2] 對象上撕下來，重新貼到 [3, 4, 5] 這個對象上。

至始至終，并沒有一個叫做 values 的列表對象容器存在，Python 也沒有把任何對象的值復制進 values 去。過程如圖所示： 

執行

的時候，Python 做的事情則是把 values 這個標簽所引用的列表對象的第二個元素指向 values 所引用的列表對象本身。執行完畢后，values 標簽還是指向原來那個對象，只不過那個對象的結構發生了變化，從之前的列表 [0, 1, 2] 變成了 [0, ?, 2]，而這個 ? 則是指向那個對象本身的一個引用。如圖所示：

要達到你所需要的效果，即得到 [0, [0, 1, 2], 2] 這個對象，你不能直接將 values[1] 指向 values 引用的對象本身，而是需要吧 [0, 1, 2] 這個對象「復制」一遍，得到一個新對象，再將 values[1] 指向這個復制后的對象。Python 里面復制對象的操作因對象類型而異，復制列表 values 的操作是

values[:] #生成對象的拷貝或者是復制序列，不再是引用和共享變量，但此法只能頂層復制

所以你需要執行

Python 做的事情是，先 dereference 得到 values 所指向的對象 [0, 1, 2]，然后執行 [0, 1, 2][:] 復制操作得到一個新的對象，內容也是 [0, 1, 2]，然后將 values 所指向的列表對象的第二個元素指向這個復制二來的列表對象，最終 values 指向的對象是 [0, [0, 1, 2], 2]。過程如圖所示： 

往更深處說，values[:] 復制操作是所謂的「淺復制」(shallow copy)，當列表對象有嵌套的時候也會產生出乎意料的錯誤，比如

問：此時 a 和 b 分別是多少？

正確答案是 a 為 [8, [1, 9], 3]，b 為 [0, [1, 9], 3]。發現沒？b 的第二個元素也被改變了。想想是為什么？不明白的話看下圖 

正確的復制嵌套元素的方法是進行「深復制」(deep copy)，方法是

2、引用 VS 拷貝：

（1）沒有限制條件的分片表達式（L[:]）能夠復制序列，但此法只能淺層復制。

（2）字典 copy 方法，D.copy() 能夠復制字典，但此法只能淺層復制

（3）有些內置函數，例如 list，能夠生成拷貝 list(L)

（4）copy 標準庫模塊能夠生成完整拷貝：deepcopy 本質上是遞歸 copy

（5）對于不可變對象和可變對象來說，淺復制都是復制的引用，只是因為復制不變對象和復制不變對象的引用是等效的（因為對象不可變，當改變時會新建對象重新賦值）。所以看起來淺復制只復制不可變對象（整數，實數，字符串等），對于可變對象，淺復制其實是創建了一個對于該對象的引用，也就是說只是給同一個對象貼上了另一個標簽而已。

L = [1, 2, 3]
D = {'a':1, 'b':2}
A = L[:]
B = D.copy()
print "L, D"
print L, D
print "A, B"
print A, B
print "--------------------"
A[1] = 'NI'
B['c'] = 'spam'
print "L, D"
print L, D
print "A, B"
print A, B
 
 
L, D
[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}
A, B
[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}
--------------------
L, D
[1, 2, 3] {'a': 1, 'b': 2}
A, B
[1, 'NI', 3] {'a': 1, 'c': 'spam', 'b': 2}

3、增強賦值以及共享引用：

x = x + y，x 出現兩次，必須執行兩次，性能不好，合并必須新建對象 x，然后復制兩個列表合并

屬于復制/拷貝

x += y，x 只出現一次，也只會計算一次，性能好，不生成新對象，只在內存塊末尾增加元素。

當 x、y 為list時， += 會自動調用 extend 方法進行合并運算，in-place change。

屬于共享引用
    
L = [1, 2]
M = L
L = L + [3, 4]
print L, M
print "-------------------"
L = [1, 2]
M = L
L += [3, 4]
print L, M
 
 
[1, 2, 3, 4] [1, 2]
-------------------
[1, 2, 3, 4] [1, 2, 3, 4]

4、python 從2.x 到3.x，語句變函數引發的變量作用域問題

先看段代碼：    
def test():
  a = False
  exec ("a = True")
  print ("a = ", a)
test()
 
b = False
exec ("b = True")
print ("b = ", b)

在 python 2.x 和 3.x 下 你會發現他們的結果不一樣：    
2.x：
a = True
b = True
 
3.x：
a = False
b = True

這是為什么呢？

因為 3.x 中 exec 由語句變成函數了，而在函數中變量默認都是局部的，也就是說

你所見到的兩個 a，是兩個不同的變量，分別處于不同的命名空間中，而不會沖突。

具體參考 《learning python》P331-P332

知道原因了，我們可以這么改改：    
def test():
  a = False
  ldict = locals()
  exec("a=True",globals(),ldict)
  a = ldict['a']
  print(a)
 
test()
 
b = False
exec("b = True", globals())
print("b = ", b)

這個問題在  stackoverflow 上已經有人問了，而且 python 官方也有人報了 bug。。。