Python中的列表複製

在學習完列表（list）的基本使用後，這裡有一個相當重要的重點要獨立出來討論。這個章節中，我們將會關注於列表的複製上：這個重點看似簡單，但是在實際使用時，我們經常會忘了它。

「=」的列表宣告

假設現在我們有一個列表 a，帶有許多的數字（已知條件）。今天我們被要求要做出一個列表 b，帶有與列表 a 相同的值，那我們會直覺地這樣寫：

>>> a = [1, 3, 5, 7, 9]  
>>> b = a

這麼一來，我們就可以印出列表 a 和 b，看看兩個列表的值是否相等：

>>> print(a)  
[1, 3, 5, 7, 9]  
>>> print(b)  
[1, 3, 5, 7, 9]

的確，兩個列表所帶有的值是相同的，這符合我們的預期。現在，讓我們把列表 b 稍稍地做修正，將 b[2] 的位置變成數字 100，並且印出 b：

>>> b[2] = 100  
>>> print(b)  
[1, 3, 100, 7, 9]

好的，目前為止事情都符合我們的預期，但是，如果現在將列表 a 印出來呢？我們將會看到什麼？讓我們試試看：

>>> print(a)  
[1, 3, 100, 7, 9]

咦？為什麼 a[2] 也跟著變成 100 了？或許你會覺得，為什麼這樣很奇怪？讓我們看看這件事情背後的意義：我們將變數 b 的值宣告為變數 a 的值，然而在我們改變變數 b 後，變數 a 卻跟著改變了！

我們可以比較一下其它不是列表的資料型態，看看它們運作起來與列表有什麼樣的不同：

>>> c = 3  
>>> d = c  
>>> d *= 5  
>>> print(c)  
3  
>>> print(d)  
15

當變數是數字時，我們改變變數 d 的值，並沒有改變變數 c 的值。同樣的狀況也會在字串、布林值等資料型態上發生。那麼，我們要如何解釋在列表上發生的神奇現象呢？

原來，列表這種資料型態，在電腦記憶體中的運作模式與其它變數有些許的不同。當我們對數字的變數做下列的動作：

>>> a = 2  
>>> b = a

在第一行程式中，電腦在記憶體中建立了一個數字 2，並且將這個數字賦予給變數 a。在第二行程式中，電腦將剛才建立的那個數字 2 也賦予給變數 b。所以目前為止，a 和 b 兩個變數所代表的值，在記憶體中是相同的數字 2。

>>> b += 3  
>>> print(b)  
5  
>>> print(a)  
2

然而，當我們像上面這樣改變變數 b 的值時，電腦就會在記憶體中建立一個全新的數字，並將其賦予給變數 b。舉例來說，剛才變數 b 和變數 a 都代表著記憶體中相同的一個數字 2，但是當我們執行 b += 3 時，電腦就會把變數 b 指向一個記憶體中全新的數字—數字 5。

上述這種狀況，在列表的運作中是不會發生的。我們用相同的動作對兩個全新的 a 和 b 變數進行操作，看看會發生什麼事：

>>> a = [1, 3, 5]  
>>> b = a

在第一行程式中，電腦在記憶體中建立了一個列表，並且建立了 1、3、5 三個數字儲存在列表中，最後將這個列表賦予給變數 a。接著到了第二行，電腦看到了 b = a 後，便將剛才的那個列表也賦予給了變數 b。接下來，讓我們試著改變列表 b 中的項目：

>>> b[1] = 7  
>>> print(b)  
[1, 7, 5]  
>>> print(a)  
[1, 7, 5]

在第一行中，電腦將列表 b 中的 1 號位置（第 2 個位置）改變為 7。此時，不同於數字的是，電腦在列表 b 被改變時，並沒有去改變它在記憶體上的位置。因此，變數 b 跟一開始一樣，與變數 a 指向同一個記憶體的位置。於是我們發現，變數 a 的值也跟著改變了。

要確認電腦有沒有改變的值在記憶體中儲存的位置，在 Python 中是相當簡單的。我們可以使用 Python 的一個內建函數 id() 來知道某比資料在記憶體中的確切位置。讓我們看看剛才數字的例子：

>>> a = 3  
>>> id(a)  
140720375994080  
>>> b = a  
>>> id(a)  
140720375994080

在我的電腦上執行時，變數 a 所帶有的數字 3 是儲存在記憶體中編號 140720375994080 的位置的。這裡可以看到，在我們把變數 b 的值設為 a 後，b 變數也一起指向了記憶體中的編號 140720375994080 位置。然後，讓我們改變變數 b：

>>> b += 5  
>>> id(b)  
140720375994240  
>>> id(a)  
140720375994080

我們可以看到變數 b 所指向的記憶體位置改變了，而變數 a 還是保持一樣的，因此我們可以知道這時候 a 與 b 是兩個互相獨立、互不關聯的變數。同樣的 id() 函數也可以被運用在列表變數上。讓我們跟剛剛一樣宣告兩個列表：

>>> a = [1, 3, 5]  
>>> id(a)  
1296034383552  
>>> b = a  
>>> id(b)  
1296034383552

可以看到，變數 a 和變數所代表的列表是同一個列表，而這件事情會一直為真，直到我們將變數 a 或 b 重新定義一個值。

>>> b[1] = 7  
>>> id(b)  
1296034383552  
>>> id(a)  
1296034383552  
>>> print(a)  
[1, 7, 5]  
>>> print(b)  
[1, 7, 5]

這麼一來我們便知道，當我們要建立一個變數，其值與一個已經存在的列表相同時，不能直接使用等號 = 來做變數宣告。不果，如果不能直接使用等號 =，那我們該用什麼呢？

幸好，在 Python 這個體貼的程式語言中，早就有建立專門執行這項動作的方法。這個方法，屬於列表這個資料型態，叫做 copy() 。在使用時，我們可以像下面這樣：

>>> a = [1, 3, 5]  
>>> b = a.copy()

就這樣短短的一兩行程式，我們就成功地將列表 a 複製了一次，代表著電腦在記憶體中已經有了兩個 [1, 3, 5] 的列表，而不是像剛才那樣只有一個。因此，如果我們改變列表 b 的值：

>>> b[1] = 7  
>>> print(b)  
[1, 7, 5]  
>>> print(a)  
[1, 3, 5]

這麼一來，我們就可以成功地複製一個列表，並且不需要擔心列表會不會受到另一個列表的影響。然而，有時這個列表的內容物不一定只是數字—或許列表中還有其它的列表？面對這種多維列表，我們複製的方式又不太一樣了。這點，讓我們在之後的章節討論。