Python不可变对象与可变对象

Python语言是一个以一切皆对象的面向对象的动态型语言。Python的对象可以根据其是否可以变化划分为可变对象和不可变对象。

对象类型

不可变对象（值类型）

• Numbers：数值类型
  • int: 整型数
  • float: 浮点数
  • complex: 复数
• bool: 布尔类型
• str: 字符型
• tuple: 元组
• range: 范围对象
• frozenset: 不可变集合
• bytes: 不可变字节数组

可变对象（引用类型）

• list: 列表
• dict: 字典
• set: 可变集合
• bytearray: 可变字节数组
• 用户自定义类

在编码中，我们可以对如str, int等对象进行修改，那为什么这些类型还是不可变对象。

实际上，当我们对这些不可变对象进行操作时，我们更改的并不是变量指向对象具体的值，而是使变量重新指向了一个不可变对象。

a = 123456789
b = 123456789

print(f"id(a) = {id(a)}, id(b) = {id(b)}")

# id(a) = 140219002169648, id(b) = 140219002169648

如上我们可以看到，当Python变量指向相同不可变对象时，不同的变量实际上是引用的相同的对象。

a = 123456789
print(f"id(a) = {id(a)}")

a = 987654321
print(f"update_id(a) = {id(a)}")

# id(a) = 140504869153072
# update_id(a) = 140504869153008

如上我们可以看到，当Python修改不可变对象时，实际上只是改变的变量指向的对象，而不是原来的不可变对象。

不可变对象的特例

元组作为Python中的容器类型，其本身是不可变的，但容器中存储的对象不一定都是不可变对象。
考虑的一下这种情形：

a = (1, 2, 3, [1, 2, 3])
print(f"a = {a}")
print(f"id(a) = {id(a)}")
a[3].append(4)
print(f"update_a = {a}")
print(f"update_id(a) = {id(a)}")

# a = (1, 2, 3, [1, 2, 3])
# id(a) = 140188517471056
# update_a = (1, 2, 3, [1, 2, 3, 4])
# update_id(a) = 140188517471056

可以看到，元组明明是不可变对象，但我们却对其值进行了修改。主要原因是，元组作为容器，内部存储的都是其保存数据的内存地址，我们对该地址上的数据进行了操作修改，但没有改变其内存地址本身，所以元组的值自然而然的就发生了变化。
所以，不可变对象的“值”不可以改变，但其组成对象的“值”可以进行修改。在处理不可变对象时，要注意考虑到这种情形。

Python变量

Python中的变量都是指针，因为Python的变量都是指针，所以Python变量上无类型限制的，它是可以指向任意对象的，Python对象只是保存了指向数据的内存地址。

不可变对象（值类型）

在Python中，因为值类型作为不可变对象，他们本身的值是不可以修改的。所以对值类型的修改实际上是让变量指向了新的对象，原始对象会被Python的GC回收

a = 1
b = a
a = 2

print(b)
# 1

修改值类型的值，因为是让变量指向了新的对象，不会对原始对象的属性造成影响。

可变对象（引用类型）

在Python中，当修改引用类型即可变对象时，因为对象是可变的的，所以可以直接对引用的对象进行操作。因为引用对象是对该实例的内存空间上的值进行修改，所以当有多个变量引用同一个引用实例时，对一个变量的修改，其他引用该实例的变量也会发生相应的变化。

a = [1, 2, 3]
b = a
a = a.append(4)

print(b)
# [1, 2, 3, 4]

可以看到通过对变量a进行操作，变量b的值也发生了相应的变化。

参数传递

函数按照传值的方式分为：

• 值传递：把调用函数时传递的值赋值到形参当中，对形参的操作不会影响外部的实参变量。
• 引用传递：把实参引用的内存地址赋值给形参，当对该内存的值进行修改时，会相应的影响到外部实参变量。

参数传递方式还包括地址传递，在Python这种无指针的高级语言中，不考虑辨别区分地址传递这种类型

a = 123
b = [1, 2, 3]

print(f"id(a) = {id(a)}, id(b) = {id(b)}")


def test(a, b):
    print(f"func id(a) = {id(a)}, id(b) = {id(b)}")


test(a, b)
# id(a) = 140362719137840, id(b) = 140362724287744
# func id(a) = 140362719137840, id(b) = 140362724287744

通过上面的代码，可以看到Python可变对象和不可变对象在传递参数时，都是传递的变量指向的内存地址而不是进行的值传递。

Python为了方便内存的管理，都是采用的引用传递。在传递参数时，都传递的是对应的内存地址，所以在Python中对可变对象的修改，会引起外部对象的改变。不可变对象因为其特性，对不可变对象的操作效果和值传递具有相同的效果。