[Python模块学习]copy模块，设计模式中的原型模式

copy模块

功能描述：copy模块提供用于对对象进行克隆的api。

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copy模块非常简单，只有两个api。分别是copy.copy(x)和copy.deepcopy(x)。这两个函数分别返回参数x的浅复制和深复制。

想要搞懂这两个函数的作用和区别，还是要先从“引用”说起。

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1. 复制引用

在Python里，一切皆对象。当用赋值运算符将某个对象x赋值给另外一个对象y时，仅仅只是将x的引用赋值给y。本质上x和y指向的是同一块内存区域。这里可以使用Python的内建函数id()进行验证：

x = [1, 2, 3]
y = x
print(id(x) == id(y)) # True

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2. 克隆对象

如果想要对目标进行克隆，而不是简单的引用绑定，就需要用到copy模块。使用copy模块可以创建一个与原对象一模一样的新对象。

import copy
x = [1, 2, 3]
y = copy.copy(x)
print(id(x) == id(y)) # False

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3. 克隆策略

当对象x里面包含了另外一个对象z，甚至对象z里面包含了对象a、对象b、对象c。情况就变得复杂了。这个时候有两种策略可以选择：

1. 仅仅创建一个新对象y，而y里面的对象z，通过复制引用绑定到同一个对象上。
2. 递归地克隆目标对象及目标对象中包含的其他对象。

这两种策略，就对应了copy模块里面的copy()和deepcopy()。

使用浅复制策略时：

import copy
x = [[1, 2, 3]]
y = copy.copy(x)
print(id(x) == id(y)) # False
print(id(x[0]) == id(y[0])) # True

使用深复制策略时：

import copy
x = [[1, 2, 3]]
y = copy.deepcopy(x)
print(id(x) == id(y)) # False
print(id(x[0]) == id(y[0])) # False

简单的说就是有没有递归调用的区别。

可以看出，深复制更加彻底，可以由里到外创建一个完完全全的新对象而不受原对象影响。但这也会导致一些问题的出现：

1. 对于某些过于复杂的对象，深复制可能会严重拖累程序的运行。
2. 某些共享数据并不需要复制，深复制会导致不同对象之间不同步。

当然，deepcopy()函数也使用了一些方法避免以上情况的出现：

1. 维护一个“memo”字典，保存当前复制操作已经复制过的对象。
2. 允许用户自定义克隆策略。

至于选择哪种克隆策略，还是要具体问题具体分析。

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4. 自定义克隆策略

用户自定义的类允许重写copy和deepcopy函数，这样就可以自定义调用copy模块时的操作，自行调整克隆策略：

import copy

class a():
    # 重写copy函数无法额外参数
    def __copy__(self):
        return "override copy"

    # 重写deepcopy函数需要一个额外参数，字典类型
    def __deepcopy__(self, memo):
        return "override deepcopy"

x = a()
print(copy.copy(x)) # override copy
print(copy.deepcopy(x)) # override deepcopy

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5. 其他需要注意的地方

1. copy模块无法复制诸如：type、函数、stack trace、stack frame、file、socket、window、array等类型。调用copy模块复制上述类型的对象会返回原对象或者直接报错。

2. 字典的浅复制可以使用y = x.copy()。而列表可以通过使用切片达到同样的目的y = x[:]