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Python 中的可变对象与不可变对象

在 Python 中，对象可以分为可变对象(mutable)和不可变对象(immutable)，这是 Python 中非常重要的概念，影响着对象的赋值、传递和修改行为。

不可变对象(Immutable Objects)

不可变对象是指创建后不能被修改的对象。如果尝试修改，实际上是创建了一个新对象。

常见的不可变类型：

• 数字类型：int, float, bool
• 字符串：str
• 元组：tuple
• 冻结集合：frozenset

示例：

# 整数是不可变的
x = 10
print(id(x))  # 打印内存地址
x += 1
print(id(x))  # 内存地址改变，是新对象# 字符串是不可变的
s = "hello"
print(id(s))
s += " world"
print(id(s))  # 新字符串对象# 元组是不可变的
t = (1, 2, 3)
try:t[0] = 100  # 尝试修改元组的第一个元素
except TypeError as e:print(e)  # 输出错误信息（TypeError）

特别注意:

尽管元组本身是不可变的，但如果元组中包含可变对象，如列表，这些可变对象内部的内容是可以被修改的。这种情况下，元组的不可变性只适用于顶层结构，不影响内部元素的可变性。

tup = (1, [2, 3], 4)
tup[1].append(5)  # 修改元组中的列表
print(tup)  # 输出 (1, [2, 3, 5], 4)

可变对象(Mutable Objects)

可变对象是指创建后可以被修改的对象，修改时内存地址不变。

常见的可变类型：

• 列表：list
• 字典：dict
• 集合：set
• 字节数组：bytearray
• 用户自定义的类实例

示例：

# 列表是可变的
lst = [1, 2, 3]
print(id(lst))  # 打印内存地址
lst.append(4)
print(id(lst))  # 内存地址不变# 字典是可变的
d = {'a': 1}
print(id(d))
d['b'] = 2
print(id(d))  # 内存地址不变# 集合是可变的
st = {1, 2, 3}
print(id(st))
st.add(4)
st.remove(3)
print(id(st))

重要区别

1. 赋值与修改：

   # 不可变对象
   a = 1
   b = a
   b = 2  # a不变# 可变对象
   x = [1, 2]
   y = x
   y.append(3)  # x也被修改
   

2. 函数参数传递：

   • 不可变对象作为参数时，函数内修改不会影响原值
   • 可变对象作为参数时，函数内修改会影响原值

   def modify(num, lst):num += 1lst.append(4)n = 10
   l = [1, 2, 3]
   modify(n, l)
   print(n)  # 输出10，不变
   print(l)  # 输出[1, 2, 3, 4]，被修改
   

3. 字典键的限制：

   • 只有不可变对象可以作为字典的键
   • 可变对象不能作为字典的键

   d = {}
   d['key'] = 'value'  # 字符串键，合法
   d[1] = 'number'     # 整数键，合法
   d[(1, 2)] = 'tuple' # 元组键，合法# d[[1, 2]] = 'list'  # 报错，列表不能作为键
   

4. 集合元素的限制：
   尽管集合是可变的，但也有一些操作上的限制。例如，集合只能包含不可变（可哈希）的对象。因此不能将列表或另一个集合作为元素添加到集合中。

   nested_set = {1, 2, 3}
   try:nested_set.add([4, 5, 6])  # 尝试添加列表到集合中# nested_set.add({7, 8, 9})  # 尝试添加另一个集合到集合中
   except TypeError as e:print(e)  # 输出错误信息
   

理解可变和不可变对象的区别对于编写正确、高效的 Python 代码非常重要，特别是在处理对象传递和共享状态时。