python - 列表更改意外反射(reflect)在子列表中

Question

我创建了一个列表列表:

>>> xs = [[1] * 4] * 3
>>> print(xs)
[[1, 1, 1, 1], [1, 1, 1, 1], [1, 1, 1, 1]]

然后，我更改了最里面的一个值:

>>> xs[0][0] = 5
>>> print(xs)
[[5, 1, 1, 1], [5, 1, 1, 1], [5, 1, 1, 1]]

为什么每个子列表的每个第一个元素都更改为 5？

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_另见:

<子> How do I clone a list so that it doesn't change unexpectedly after assignment?问题的解决方法

<子> Python: List of dictionary stores only last appended value in every iteration对于字典列表的类似问题

<子> How can I initialize a dictionary whose values are distinct empty lists?对于列表字典的类似问题

Answer 1

当您编写 [x]*3 时，您基本上会得到列表 [x, x, x]。也就是说，一个包含 3 个对相同 x 的引用的列表。当您随后修改这个单个 x 时，它通过对它的所有三个引用可见:

x = [1] * 4
xs = [x] * 3
print(f"id(x): {id(x)}")
# id(x): 140560897920048
print(
    f"id(xs[0]): {id(xs[0])}\n"
    f"id(xs[1]): {id(xs[1])}\n"
    f"id(xs[2]): {id(xs[2])}"
)
# id(xs[0]): 140560897920048
# id(xs[1]): 140560897920048
# id(xs[2]): 140560897920048

x[0] = 42
print(f"x: {x}")
# x: [42, 1, 1, 1]
print(f"xs: {xs}")
# xs: [[42, 1, 1, 1], [42, 1, 1, 1], [42, 1, 1, 1]]

要修复它，您需要确保在每个位置创建一个新列表。一种方法是

[[1]*4 for _ in range(3)]

每次都会重新计算 [1]*4，而不是计算一次并对 1 个列表进行 3 次引用。

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您可能想知道为什么 * 不能像列表理解那样创建独立的对象。这是因为乘法运算符 * 对对象进行运算，而没有看到表达式。当您使用 * 将 [[1] * 4] 乘以 3 时，* 只会看到 1 元素列表 [[ 1] * 4] 的计算结果不是 [[1] * 4 表达式文本。 * 不知道如何复制该元素，不知道如何重新评估 [[1] * 4]，甚至不知道您想要副本，一般来说，甚至可能没有复制元素的方法。

* 唯一的选择是对现有的子列表进行新的引用，而不是尝试创建新的子列表。其他任何内容都会不一致或需要对基本语言设计决策进行重大重新设计。

相比之下，列表理解会在每次迭代时重新评估元素表达式。 [[1] * 4 for n in range(3)] 每次都出于同样的原因重新计算 [1] * 4 [x**2 for x in range(3)] 每次都重新计算x**2。 [1] * 4 的每次评估都会生成一个新列表，因此列表理解可以满足您的需求。

顺便说一句，[1] * 4 也不会复制 [1] 的元素，但这并不重要，因为整数是不可变的。您不能执行类似 1.value = 2 的操作并将 1 变成 2。