面试题：Python深拷贝与浅拷贝在复杂对象结构下的内存行为

Question

有一个自定义类 `MyClass`，类中有一个列表属性 `data`。创建一个 `MyClass` 的实例 `obj1` 并初始化 `data` 为 `[1, [2, 3]]`。然后对 `obj1` 进行浅拷贝得到 `obj2`，对 `obj1` 进行深拷贝得到 `obj3`。如果现在修改 `obj1.data[1][0]` 为4，分析 `obj1`、`obj2`、`obj3` 内存中的变化以及它们各自 `data` 属性的内存占用情况。

Answer 1

1. 内存变化分析
   • obj1：
     • 由于直接修改了 obj1.data[1][0] 为 4，obj1.data 列表的引用不变，但是 obj1.data[1] 这个子列表中索引为 0 的元素发生了改变，即内存中对应位置的值从 2 变为 4。
   • obj2：
     • 因为 obj2 是 obj1 的浅拷贝，obj2.data 和 obj1.data 是不同的列表对象（引用不同），但是 obj2.data 中的子列表 obj2.data[1] 和 obj1.data[1] 是同一个对象（引用相同）。所以当 obj1.data[1][0] 被修改为 4 时，obj2.data[1][0] 也会变为 4 ，因为它们指向内存中的同一个子列表对象。
   • obj3：
     • obj3 是 obj1 的深拷贝，obj3.data 以及 obj3.data 中的所有子对象（包括 obj3.data[1]）都是全新的对象，与 obj1 及其子对象在内存中完全独立。所以修改 obj1.data[1][0] 不会影响 obj3.data，obj3.data[1][0] 仍然为 2 。
2. 内存占用情况
   • obj1：
     • obj1 本身占用一定内存，其 data 属性是一个列表对象，列表对象本身占用一定内存，列表中的第一个元素 1 占用一个整数的内存空间，第二个元素是一个子列表 [2, 3]（修改后变为 [4, 3]），子列表本身占用一定内存，子列表中的元素分别占用整数的内存空间。
   • obj2：
     • obj2 本身占用一定内存，其 data 属性是一个新的列表对象，占用一定内存。列表中的第一个元素 1 占用一个整数的内存空间，第二个元素与 obj1.data[1] 是同一个子列表对象（修改后变为 [4, 3]），所以这部分内存占用与 obj1.data[1] 共享。
   • obj3：
     • obj3 本身占用一定内存，其 data 属性是一个全新的列表对象，占用一定内存。列表中的第一个元素 1 占用一个整数的内存空间，第二个元素是一个全新的子列表 [2, 3]，子列表本身占用一定内存，子列表中的元素分别占用整数的内存空间，与 obj1 和 obj2 的内存空间完全独立。

示例代码（Python）如下：

import copy


class MyClass:
    def __init__(self, data):
        self.data = data


obj1 = MyClass([1, [2, 3]])
obj2 = copy.copy(obj1)
obj3 = copy.deepcopy(obj1)
obj1.data[1][0] = 4
print("obj1.data:", obj1.data)
print("obj2.data:", obj2.data)
print("obj3.data:", obj3.data)

这段代码运行后，可以直观看到 obj1、obj2、obj3 的 data 属性的变化。