# Python对象可变性

Python中的变量保存对对象的引用。判断一次修改会影响谁，需要同时看对象是否允许原地改变，以及多个变量是否指向同一个对象。

## 定义

对象创建后允许原地改变内容的，称为**可变对象**；创建后内容不能原地改变，只能产生另一个对象并重新绑定的，称为**不可变对象**。

变量赋值`b = a`绑定的是对象引用。若`a`指向可变对象，`b`也指向同一对象，那么通过任一变量原地修改，两个变量都会观察到变化。若对象不可变，例如字符串，运算会产生新对象并让变量指向新对象，原对象保持不变。

## 性质

### 常见类型

| 类型                             | 可变性 | 备注                       |
| :----------------------------- | :-- | :----------------------- |
| `int`、`float`、`bool`、`complex` | 不可变 | 数值运算产生新对象                |
| `str`                          | 不可变 | 字符串操作产生新字符串              |
| `tuple`                        | 不可变 | 元组保存的引用不能替换，引用目标的内容仍可能改变 |
| `list`                         | 可变  | 可以原地追加、删除或替换元素           |
| `dict`                         | 可变  | 键必须是可哈希对象                |
| `set`                          | 可变  | 元素必须是可哈希对象               |
| `frozenset`                    | 不可变 | 不可变集合，可以作为字典的键           |

“不可变”描述对象自身能否原地改变，不表示对象引用的所有子对象都不可变。例如元组`t = ([1],)` 中的列表仍可执行`t[0].append(2)`，因为这里修改的是列表；而`t[0] = [2]` 试图替换元组保存的引用，会抛出`TypeError`。

### 别名与复制

赋值`b = a`创建的是别名，不会复制对象。需要独立列表时，可以使用浅复制`b = a[:]` 或`b = list(a)`。浅复制会建立新的外层列表，但列表中的元素引用仍与原列表相同。

```python title="alias.py"
a = [1, 2]
b = a
b.append(3)
print(a)  # [1, 2, 3]
```

### 重新绑定

不可变对象上的“修改”会重新绑定变量：

```python title="rebind.py"
s = "ab"
t = s
t += "c"
print(s)  # ab
print(t)  # abc
```

`t += "c"` 没有改变原来那个字符串，而是创建一个新字符串并让`t`指向它，因此`s`看到的仍是`ab`。

## 例子

**修改共享列表**

`a = [1, 2]`、`b = a`后，`a is b`为真。执行`b.append(3)` 后，两个变量都看到 `[1, 2, 3]`，因为它们引用同一个列表对象。

**切片建立独立外层列表**

`a = [1, 2]`、`b = a[:]` 后，`a is b`为假。执行`b.append(3)` 只改变`b`，`a`仍是 `[1, 2]`。如果列表元素本身也是可变对象，浅复制后两个外层列表仍可能共享这些子对象。

**元组内的可变元素**

在`t = ([1],)` 中，`t[0].append(2)` 合法，结果中元组的第一个引用仍指向同一个列表；`t[0] = [2]` 不合法，因为它要替换元组保存的引用。

## 探索

切换共享引用、复制列表和字符串重新绑定，观察变量箭头指向的对象何时相同。

交互演示：赋值之后，为什么有时两个变量会一起改变？。比较共享的可变对象、独立副本和不可变对象的重新绑定。 请在站点操作演示。

## 练习

1. 关于可变性，下列说法正确的是：

   * A.  `list`是可变对象，可以在原地追加元素
   * B.  `tuple`不可变，所以元组里的`list`也不能修改
   * C.  `dict`的键必须是不可变（可哈希）类型
   * D.  对列表做切片得到的是原列表的别名，修改切片会影响原列表

   答案：A、C

   元组不可变只约束它保存的引用，元组里的列表内容仍可修改，B错；切片返回新列表，不是别名，D错。

2. 设`a = [1, 2]`，执行`b = a`与`b.append(3)` 后，`a`的值是：

   * A.  `[1, 2, 3]`
   * B.  `[1, 2]`
   * C.  `None`
   * D.  抛出异常

   答案：A

   `b = a`只复制引用，两者指向同一个列表；通过`b`原地追加，`a`也会看到新元素。

3. 设`s = "ab"`，执行`t = s`和`t += "c"` 后，`s`的值是：

   * A.  `"ab"`
   * B.  `"abc"`
   * C.  `None`
   * D.  抛出异常

   答案：A

   字符串不可变，`+=` 让`t`绑定到新字符串`abc`，原来的`ab`没有被修改。