C++与Python中的赋值、浅拷贝与深拷贝

    • 1. Python中的赋值、浅拷贝、深拷贝
    • 2. C++中的赋值、浅拷贝、深拷贝
      • 2.1 概念
      • 2.2 示例：从例子中理解
        • 1) 不可变对象的赋值、深拷贝、浅拷贝
        • 2) 可变对象的赋值、浅拷贝与深拷贝
        • 3) **可变对象深浅拷贝(外层、内层改变元素)**

写在前面：Python和C++中的赋值与深浅拷贝，由于其各自语言特性的问题，在概念和实现上稍微有点差异，本文将这C++和Python中的拷贝与赋值放到一起，希望通过对比学习两语言实现上的异同点，加深对概念的理解。

1. Python中的赋值、浅拷贝、深拷贝

C++中所谓的 浅拷贝就是由（系统默认的）拷贝构造函数对数据成员进行逐一的赋值 ，通常默认的拷贝构造函数就是可以达到该效果的，但是如果类中有指针类型的数据（需要在堆上分配内存），那么此时使用默认的拷贝构造函数就会带来错误。因为此时采用简单的浅拷贝，则两个类中的两个指针将指向同一个地址，当对象释放时，会调用两次析构函数，而导致指针悬挂现象（悬浮指针）。

而C++的 深拷贝则是，使用自定义的拷贝构造函数，将原有对象的所有成员变量拷贝给新对象，对于指针等数据还会为新对象重新在堆上分配一块内存，并将原有对象所持有的堆上的数据也拷贝过来，这样能保证原有对象和新对象所持有的动态内存都是相互独立的，更改一个对象的数据不会影响另一个对象，同时也不会造成double free的错误。

C++中的 赋值，默认调用的是默认的拷贝构造函数即浅拷贝，如果要使用深拷贝需要重载赋值运算符，为动态内存在堆上分配空间即可～

C++ 浅拷贝示例：

#include // 浅拷贝 使用默认的构造函数class shallowCopy {public:shallowCopy(int len) : m_len(len) {m_ptr = new int(0); // m_ptr指向一个值为0的int}shallowCopy() {}~shallowCopy() {delete m_ptr;}public: // 定义为public，方便输出int* m_ptr;int m_len;};int main(){shallowCopy sc(1);auto sc1 = sc; // 浅拷贝std::cout << "shallowCopy: " << std::endl;std::cout << "sc.m_ptr = " << sc.m_ptr << std::endl;std::cout << "sc1.m_ptr = " << sc1.m_ptr << std::endl;}>>>shallowCopy: sc.m_ptr = 0x560c930aeeb0sc1.m_ptr = 0x560c930aeeb0free(): double free detected in tcache 2// 尝试两次释放同一地址！！！报错Aborted

C++ 深拷贝示例：

#include class deepCopy {public:deepCopy(int len) : m_len(len) {std::cout << "call deepCopy(int len) " << std::endl;m_ptr = new int(1);}deepCopy(const deepCopy& deepcopy) {std::cout << "call deepCopy(const deepCopy& deepcopy) " << std::endl;m_len = deepcopy.m_len;m_ptr = new int(*(deepcopy.m_ptr)); // 重新分配内存，并且赋值} // 拷贝构造函数~deepCopy() {delete m_ptr;}public:int* m_ptr;int m_len; };int main(){std::cout << "deepCopy: " << std::endl;deepCopy dc(1);deepCopy dc1(dc); // 深拷贝std::cout << "dc.m_ptr = " << dc.m_ptr << std::endl;std::cout << "dc1.m_ptr = " << dc1.m_ptr << std::endl;}>>>deepCopy: call deepCopy(int len) call deepCopy(const deepCopy& deepcopy) dc.m_ptr = 0x560c930af2e0dc1.m_ptr = 0x560c930af300

2. C++中的赋值、浅拷贝、深拷贝

在Python参数传递，“值传递”还是“引用传递“？一文中我们从Python中可变对象与不可变对象的角度理解了Python中的参数传递的方式，在赋值、深拷贝、浅拷贝中，我们同样从这个角度入手，理解Python中的深浅拷贝。对可变对象、不可变对象不是很清晰的同学，可以移步链接复习一下～。

  • 不可变对象：一旦创建就不可修改的对象，包括字符串、元组、数值类型

（该对象所指向的内存中的值不能被改变。当改变某个变量时候，由于其所指的值不能被改变，相当于把原来的值复制一份后再改变，这会开辟一个新的地址，变量再指向这个新的地址。）

  • 可变对象：可以修改的对象，包括列表、字典、集合

（该对象所指向的内存中的值可以被改变。变量（准确的说是引用）改变后，实际上是其所指的值直接发生改变，并没有发生复制行为，也没有开辟新的地址，通俗点说就是原地改变。）

2.1 概念

  1. 赋值，类似于C++中的引用（别名），只是复制了新对象的引用，不会开辟新的内存空间，Python中赋值的一般形式为a = 'nihao'，内存中实现是：内存开辟空间存储字符串nihao，将a指向这块内存空间：

  1. 浅拷贝: 创建新对象，其内容是原对象的引用。

​ Python中的浅拷贝有三种形式： 切片操作，工厂函数，copy模块中的copy函数。

​ 如： lst = [1,2,[3,4]]

​ 切片操作：lst1 = lst[:] 或者 lst1 = [each for each in lst]

​ 工厂函数：lst1 = list(lst)

​ copy函数：lst1 = copy.copy(lst)

​

​ 浅拷贝之所以称为浅拷贝，是因为它仅仅只拷贝了一层，拷贝了最外围的对象本身，内部的元素都只是拷贝了一个引用而已，如在lst中有一个嵌套的 list[3,4]，如果我们修改了它，情况就不一样了。

​ 浅拷贝要分两种情况进行讨论：

​ 1）当浅拷贝的值是 不可变对象（字符串、元组、数值类型） 时和“赋值”的情况一样，对象的id值 （id()函数用于获取对象的内存地址） 与浅拷贝原来的id值相同。

​ 2）当浅拷贝的值是 可变对象（列表、字典、集合） 时会产生一个“不是那么独立的对象”存在。

​ 2.1) 拷贝的可变对象中无复杂子对象，原来值的改变并不会影响浅拷贝的值，同时浅拷贝的值改变也并不会影响原来的值。

​ 2.2) 拷贝的可变对象中有复杂子对象（例如列表中的一个子元素是一个列表），如果不改变其中复杂子对象，浅拷贝的值改变并不会影响原来的值。 但是改变原来的值中的复杂子对象的值会影响浅拷贝的值。

  1. 深拷贝：和浅拷贝对应，深拷贝拷贝了对象的所有元素，包括多层嵌套的元素。深拷贝出来的对象是一个全新的对象，不再与原来的对象有任何关联。

只有一种形式，copy模块中的deepcopy函数

2.2 示例：从例子中理解

1) 不可变对象的赋值、深拷贝、浅拷贝
import copy# 不可变对象，无法添加删除元素a = (1, 2, 3)print("==========")b = aprint(a, b)print(id(a), id(b))print("=====shallow copy=====")s = copy.copy(a)print(a, s)print(id(a), id(s))print("=====deep copy=====")d = copy.deepcopy(a)print(a, d)print(id(a), id(d))>>>==========((1, 2, 3), (1, 2, 3))(4564433008, 4564433008)=====shallow copy=====((1, 2, 3), (1, 2, 3))(4564433008, 4564433008)=====deep copy=====((1, 2, 3), (1, 2, 3))(4564433008, 4564433008)
2) 可变对象的赋值、浅拷贝与深拷贝
import copya = [1, 2, 3]print("==========")b = ab.append(4)print(a, b)print(id(a), id(b)) # 赋值仅是变量的别名，两变量拥有相同的内存地址，无论更改哪一个另一个都会更改a = [1, 2, 3]print("=====shallow copy=====")s = copy.copy(a)print(a, s)print(id(a), id(s))a.append(4)print("------append 4-------")print(a, s)print(id(a), id(s))a = [1, 2, 3]print("=====deep copy=====")d = copy.deepcopy(a)print(a, d)print(id(a), id(d))print("------append 4-------")a.append(4)print(a, d)print(id(a), id(d))>>>==========([1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4])(4564157144, 4564157144)=====shallow copy=====([1, 2, 3], [1, 2, 3])(4564158440, 4564158512)------append 4-------([1, 2, 3, 4], [1, 2, 3])(4564158440, 4564158512)=====deep copy=====([1, 2, 3], [1, 2, 3])(4564158368, 4564158440)------append 4-------([1, 2, 3, 4], [1, 2, 3])(4564158368, 4564158440)
3) 可变对象深浅拷贝(外层、内层改变元素)

# 外层元素更改import copyl = [1, 2, 3, [4, 5]]l1 = ll2 = copy.copy(l)l3 = copy.deepcopy(l)l.append(6) print(l)print(l1)print(l2)print(l3)>>>[1, 2, 3, [4, 5], 6][1, 2, 3, [4, 5], 6][1, 2, 3, [4, 5]][1, 2, 3, [4, 5]]# 内层元素更改import copyl = [1,2,3,[4, 5]]l1 = l #赋值l2 = copy.copy(l) #浅拷贝l3 = copy.deepcopy(l) #深拷贝l[3].append(6) print(l) print(l1)print(l2)print(l3)>>> [1, 2, 3, [4, 5, 6]] [1, 2, 3, [4, 5, 6]] [1, 2, 3, [4, 5, 6]] [1, 2, 3, [4, 5]]

  1. 外层添加元素时，浅拷贝不会随原列表变化而变化；内层添加元素时，浅拷贝才会变化。

  2. 无论原列表如何变化，深拷贝都保持不变。

  3. 赋值对象随着原列表一起变化。