Python之旅——二维列表陷阱

二维列表陷阱

有时候，我们会像下列方式，创建一个n*n的二维矩阵，并都初始化为0:

n = 3
grid = [[0] * n] * n
print(grid)

代码输出：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

看到我们创建的二维矩阵，并都初始化为0了。高兴的接着往下对二维矩阵执行修改操作：

n = 3
grid = [[0] * n] * n
print(grid)

grid[1][1] = 6
print(grid)

代码输出：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
[[0, 6, 0], [0, 6, 0], [0, 6, 0]]

此时，百思不得其解，思考中…

我们尝试，将矩阵的每一行的地址打印出来看看：

n = 3
grid = [[0] * n] * n
print(grid)

for i, row in enumerate(grid):
    print(f"row[{i}] addr:0x{id(row):x}")

代码输出：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
row[0] addr:0x2184bc65408
row[1] addr:0x2184bc65408
row[2] addr:0x2184bc65408

我们惊讶的发现，每一行列表的内存地址居然都相同，等效于下列代码：

n = 3

grid = []
row = [0] * n           # ①
for _ in range(n):
    grid.append(row)    # ② 

print(grid)

for i, row in enumerate(grid):
    print(f"row[{i}] addr:0x{id(row):x}")

从上述代码可以看出，在②处添加了n次同一个对象row，从而使得每一行的内存地址都相同。

列表推导创建二维矩阵

若在上述代码中，每次在②处添加不同的对象row，这就可以避免上述问题。

n = 3

grid = []
for _ in range(n):
    row = [0] * n       # ① 每次for循环，均创建一个新的row对象
    grid.append(row)    # ②

print(grid)

for i, row in enumerate(grid):
    print(f"row[{i}] addr:0x{id(row):x}")

代码输出：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
row[0] addr:0x1fe71afa8c8
row[1] addr:0x1fe736d2748
row[2] addr:0x1fe73906e88

其实，可将上述代码，使用列表推导来完成：

n = 3
grid = [[0]*n for _ in range(n)]    # 列表推导
print(grid)

for i, row in enumerate(grid):
    print(f"row[{i}] addr:0x{id(row):x}")

FQA

可能又有人会问，二维列表存在这样的问题，一维列表是否存在同样的问题呢，又是为什么呢？

n = 3
row = [0]*n
print(row)

for i, cell in enumerate(row):
    print(f"cell[{i}] addr:0x{id(cell):x}")

代码输出：

[0, 0, 0]
cell[0] addr:0x7ffce7ab7c20
cell[1] addr:0x7ffce7ab7c20
cell[2] addr:0x7ffce7ab7c20

答案

不存在同样的问题。我们先来看看实际的效果：

n = 3
row = [0]*n
print(row)

row[1] = 1024
print(row)

for i, cell in enumerate(row):
    print(f"cell[{i}] addr:0x{id(cell):x}")

代码输出：

[0, 0, 0]
[0, 1024, 0]
cell[0] addr:0x7ffce7ab7c20
cell[1] addr:0x25a9ac7b3b0
cell[2] addr:0x7ffce7ab7c20

原因

在python中，一切皆对象！

当然，常数也是对象，在列表中存储的都是指向数字对象的引用，函数id是对象的内存地址。列表中存储的都是相同的数字，列表中的每个成员的内存地址自然就相等了。如果修改了列表某个成员的值，就让该成员引用了新的数字对象，而未修改所指向的对象。因此，一维列表不存在二维列表的陷阱。