Copy Semantics in Python

昨天晚上被Python给整得……还是自己概念不清。我想实现一个二维数组，最直接的办法就是用list，其中每个元素又是一个list。所以我就这么写了：

array2d = [[]]*n ## n is the dimension of the 2-d array

然后要往里添加元素。像这样：

array2d[0].append(1)

我很自信的认为结果肯定会得到[[1],[],...,[]]。所以根本就没去检查。整个算法跑出来得到一堆诡异的结果，然后就开始了艰苦的bug hunting。找了半天，问题集中在前面那条append语句。print出来一看，结果居然是[[1],[1],...,[1]]！看到这个输出我愣了半天，我觉得我的世界观人生观都被打碎了。问题当然出在Python的copy by reference的语义上。在通过'*'运算符复制时，复制的只是“引用”，复制出来的所有东西其实都是同一个。我当时还没把问题想明白，复制不行，咱们就累一点，一个一个添加进去！

array2d = []
for i in range(n):
    array2d.append([])

这个做法是正确的，用id()检查array2d的每一个元素发现它们各不相同。然后我又犯傻了，想把它写成一个函数：

def new_array2d(n,obj):
    ret = []
    for i in range(n):
        ret.append(obj)
    return ret

结果又回到了老路上，再一次出错。

最后来总结经验：Python中的复制(这里的复制其实包括了赋值、参数传递、‘*’运算符(仅对sequence type有效)等等)是by reference的。如果复制的对象是immutable的，比如int,string，那么by reference和by value其实没有区别。但如果对象是mutable的，比如list,dictionary，那么复制就相当于C中的复制指针，这个时候要提起注意。那么为什么前面写array2d.append([])的时候不会出问题呢？表达式'[]'会导致一个新的list对象被构造出来，虽然大家都是[]，但各不相同。它们是“值”相等，但“引用”不相等。这也是因为list是可变对象。其实copy by reference的语义pythonist估计都知道，但到实际编码的时候还是免不了要犯一点错。

再想想，如果真的要copy一个list，得到一个副本呢？Python给我们提供了copy模块专门来做这件事。copy提供了两个基本的函数，一个是copy，一个是deep_copy。copy.copy(obj)函数提供了Shallow Copy语义，copy.deep_copy(obj)顾名思义是Deep Copy。两者的区别相信学过C++中Copy Constructor的同志都很明白。一般情况下，用copy.copy(obj)就可以了(所以它的名字就叫copy，没有弄成shallow_copy()这样的怪胎)。这个办法我想应该比较普适。当然，对于list，我们有专门的惯用法(即切片操作[:])复制。又如字典(dict)对象，也有相应的copy方法，一般情况下不需要动用到copy模块。

Python中Copy模块的文档

终于，找到了在blogger中显示代码缩进的办法：输入全角空格。这样就不会被自作聪明的blogger把空格都去掉了。缺点是：如果有人想把代码拷贝到文本编辑器中，就会出现一堆非法字符(我相信没有哪种语言的编译器/解释器会把全角空格当作空格的)。然后就会扔出a mass of error message。所以这也只是权宜之计。或许修改css能够解决这个问题？
Update：和Python无关，终于找到了代码缩进问题的解决办法，很简单，把所见即所得编辑器关掉，直接写html，把代码放在pre标签中。