Python中的可变对象和不可变对象详解

近来面试被问到了这个问题，写个帖子解释一下可变对象和不可变对象
  

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1. 对象可变性简介

在Python中，每个变量都是一个对象，每个对象都具有其创建后是否允许修改的属性，这种特性称为对象的可变性。它影响对象在通报给函数、用于表达式或存储在数据结构中时的行为。
定义

• 可变对象：创建后可以改变的对象。例子包罗列表、字典、集合和用户定义的对象。
  
• 不可变对象：一旦创建后不允许被修改的对象。例子包罗整数、浮点数、字符串、元组和冻结集合。
  

2. 不可变对象的特性

不可变对象包罗数字（整数和浮点数）、字符串、元组等。这些对象的共同特点是一旦创建，它们的内存中的数据不可改变。
2.1 字符串

字符串是不可变对象的典范例子。当尝试修改字符串的内容时，Python并不是修改原有的字符串，而是创建一个新的字符串对象。

1. str1 = "Hello"
2. # 尝试更改字符串的内容
3. str2 = str1.replace('H', 'J')
4. print(str1)  # 输出 Hello，原字符串未改变
5. print(str2)  # 输出 Jello，创建了一个新字符串

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2.2 整数和浮点数

整数和浮点数也是不可变对象。每次对数字进行修改，实际上是天生了一个新的数字对象。

1. x = 10
2. y = x
3. x = x + 1
4. print(y)  # 输出 10，y 仍然指向原来的整数对象
5. print(x)  # 输出 11，x 现在指向一个新的整数对象

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2.3 元组

元组的不可变性示例
不能直接更改元组中的元素。假如尝试修改元组中的某个元素，Python 将抛出一个错误。

1. tup = (1, 2, 3)
2. try:
3.     tup[0] = 100  # 尝试修改元组的第一个元素
4. except TypeError as e:
5.     print(e)  # 输出错误信息（TypeError）

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元组内含可变对象
尽管元组自己是不可变的，但假如元组中包罗可变对象，如列表，这些可变对象内部的内容是可以被修改的。这种环境下，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。

1. tup_with_list = (1, [2, 3], 4)
2. tup_with_list[1].append(5)
3. print(tup_with_list)  # 输出 (1, [2, 3, 5], 4)

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3. 可变对象的特性

可变对象如列表、字典和集合允许在对象创建后修改其内容。
3.1 列表

列表是最常见的可变对象之一。可以在列表中添加、删除或更改元素，而无需创建一个新的列表对象。

1. lst = [1, 2, 3]
2. lst.append(4)
3. print(lst)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，列表内容被修改

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3.2 字典

字典也是一个可变对象。可以随时添加、删除或修改字典中的键值对。

1. dic = {'a': 1, 'b': 2}
2. dic['c'] = 3
3. print(dic)  # 输出 {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}，字典已更新

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3.3 集合

集合的可变性示例
创建一个简单的集合，演示如何向集合中添加和删除元素。

1. # 创建一个初始集合
2. my_set = {1, 2, 3}
3. print("初始集合:", my_set)
5. # 添加、移除元素
6. my_set.add(4)
7. my_set.remove(2)
8. print("操作后的集合:", my_set)

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集合的操纵限制
尽管集合是可变的，但也有一些操纵上的限制。比方，集合只能包罗不可变（可哈希）的对象。因此不能将列表或另一个集互助为元素添加到集合中。

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

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4. 函数中的对象通报

理解Python中的参数通报方式——按引用通报（实际上是对象的引用地址通报）——是理解可变与不可变对象的关键。
4.1 不可变对象的通报

向函数通报不可变对象时，对该对象的任何修改都不会影响原始对象，由于实际上是创建了一个新的对象。

1. def update_number(n):
2.     n += 10
4. x = 5
5. update_number(x)
6. print(x)  # 输出 5，原始值未改变

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4.2 可变对象的通报

相反，通报可变对象时，函数内对对象的修改将影响原始对象。

1. def update_list(lst):
2.     lst.append(4)
4. my_list = [1, 2, 3]
5. update_list(my_list)
6. print(my_list)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，原始列表被修改

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   推荐： python 错误纪录
参考：Mutable vs Immutable Objects in Python

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