Shallow Copy vs Deep Copy

凡是遇到 「用指標實作深層資料結構」 的程式語言， 一定要知道淺層拷貝 (shallow copy) vs 深層拷貝 (deep copy) 兩者的差別。 網路上文章很多， 但圖畫得很清楚的卻很少， 連英文的也不是很滿意， 只好自己來舉一個例子、 畫一張圖。

以 python 為例， 以下指令：

x = [[[1,2],[3,4]], [[5,6],[7,8]]]
y = x
z = x[:]

會產生上圖。 可以看到： y = x 只複製了最上 (外) 層陣列的位址。 而 z = x[:] 則把最上 (外) 層陣列的每一個元素 (也就是第二層每一個陣列的位址) 都複製過來。

接下來請在 python interpreter 裡面試試這幾個指令：

1. x[0][0][0] = 37
2. x[0][0] = [41,43]
3. x[0] = [[47,53],[59,61]]

每下一個指令之後， 都要順便檢查一下 x, y, z 的內容各有什麼變化。 前兩句修改到很深的地方， 所以做完之後， y 跟 z 都隨著 x 一起改變。 第三句修改到最淺層的地方， 所以做完之後 z 跟 x 就部分分家了： z[0] 看到的是舊的值， 跟 x[0] 看到的新值不一樣。

作業：

1. 請把第三句做完的結果畫出來。
2. 請實驗驗證： u = x.copy() 的效果跟 z = x[:] 一樣。
3. 請實驗驗證： v = [*x] 的效果跟 z = x[:] 一樣。

用一個比較驚悚的比喻來說， y = x 只是幫一個人取綽號/別名， 根本算不上拷貝； 而 u = x.copy()、 v = [*x] 跟 z = x[:] 通通算是 淺層拷貝 (shallow copy)， 是不完整的複製， 最終製造出 ettin (雙頭怪)。 那要怎樣才可以真正的 深層拷貝 (deep copy) 呢？ 這麼下指令可以製造出完整、 完全獨立於原變數之外的複製品 (複製人/同卵雙胞胎)：

import copy
u = copy.deepcopy(x)

現在再搜尋 「shallow 與 deep copy」 讀其他文章是不是清楚多了呢？

注意： 以上解說適用於陣列或字典等等複雜的資料結構。 如果 x 的內容是一個純量， 例如數字或字串， 那麼 y=x 就已經是完整的複製， 後續 x 的變化並不會影響到 y。

平常不太寫程式設計教學文的； 寫這篇是為了解釋 btrfs 檔案系統。