Pythonのデータ型におけるcopy.deepcopy()とは？

Python のデータ型における copy.deepcopy()

コピーの必要性

Python のオブジェクトは、参照によって渡されます。つまり、オブジェクトを変数に割り当てると、その変数は実際にはオブジェクトへの参照を保持します。

x = [1, 2, 3]
y = x

# y は x への参照を保持
print(x is y)  # True

この場合、y は x への参照なので、x の内容を変更すると y の内容も変更されます。

x[0] = 10

# y の内容も変更される
print(y)  # [10, 2, 3]

しかし、copy.deepcopy() を使用してオブジェクトを深くコピーすると、元のオブジェクトと独立した新しいオブジェクトが作成されます。

x = [1, 2, 3]
y = copy.deepcopy(x)

# y は x の独立したコピー
print(x is y)  # False

# x の内容を変更しても y は影響を受けない
x[0] = 10

print(y)  # [1, 2, 3]

copy.deepcopy() の仕組み

copy.deepcopy() は、オブジェクトを 再帰的に コピーします。つまり、オブジェクトのすべての属性とネストされたデータ構造もコピーされます。

x = [1, 2, [3, 4]]
y = copy.deepcopy(x)

# y は x の完全なコピー
print(y)  # [1, 2, [3, 4]]

# x と y は独立したオブジェクト
print(x is y)  # False
print(x[2] is y[2])  # False

• オブジェクトを編集せずに、そのコピーを作成したい場合
• オブジェクトを複数の変数に割り当てて、それぞれを独立して編集したい場合
• オブジェクトをシリアル化して保存したい場合

注意点

• copy.deepcopy() は、すべてのオブジェクトをコピーできるわけではありません。例えば、ファイルハンドルやソケットなどのオブジェクトはコピーできません。
• copy.deepcopy() は、複雑なオブジェクトをコピーする際に、深さによっては時間がかかる場合があります。

copy.deepcopy() は、Python のデータ型における重要な関数です。オブジェクトを深くコピーすることで、元のオブジェクトと独立した新しいオブジェクトを作成することができます。

copy.deepcopy() のサンプルコード

# 元のリスト
x = [1, 2, [3, 4]]

# 浅いコピー
y = x[:]

# 深いコピー
z = copy.deepcopy(x)

# 浅いコピーは元のリストと参照を共有
print(x is y)  # True
print(x[2] is y[2])  # True

# 深いコピーは元のリストと独立したオブジェクト
print(x is z)  # False
print(x[2] is z[2])  # False

# 浅いコピーを変更すると元のリストも変更される
y[0] = 10

print(x)  # [10, 2, [3, 4]]

# 深いコピーを変更しても元のリストは影響を受けない
z[0] = 10

print(x)  # [1, 2, [3, 4]]

辞書のコピー

# 元の辞書
x = {"a": 1, "b": 2, "c": {"d": 3, "e": 4}}

# 浅いコピー
y = x.copy()

# 深いコピー
z = copy.deepcopy(x)

# 浅いコピーは元の辞書と参照を共有
print(x is y)  # True
print(x["c"] is y["c"])  # True

# 深いコピーは元の辞書と独立したオブジェクト
print(x is z)  # False
print(x["c"] is z["c"])  # False

# 浅いコピーを変更すると元の辞書も変更される
y["a"] = 10

print(x)  # {'a': 10, 'b': 2, 'c': {'d': 3, 'e': 4}}

# 深いコピーを変更しても元の辞書は影響を受けない
z["a"] = 10

print(x)  # {'a': 1, 'b': 2, 'c': {'d': 3, 'e': 4}}

カスタムオブジェクトのコピー

class MyClass:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b

# 元のオブジェクト
x = MyClass(1, 2)

# 浅いコピー
y = x

# 深いコピー
z = copy.deepcopy(x)

# 浅いコピーは元のオブジェクトと参照を共有
print(x is y)  # True
print(x.a is y.a)  # True

# 深いコピーは元のオブジェクトと独立したオブジェクト
print(x is z)  # False
print(x.a is z.a)  # False

# 浅いコピーを変更すると元のオブジェクトも変更される
y.a = 10

print(x.a)  # 10

# 深いコピーを変更しても元のオブジェクトは影響を受けない
z.a = 10

print(x.a)  # 1

ネストされたオブジェクトのコピー

# 元のリスト
x = [1, 2, [3, 4], {"a": 1, "b": 2}]

# 深いコピー
y = copy.deepcopy(x)

# 深いコピーは元のリストと独立したオブジェクト
print(x is y)  # False
print(x[2] is y[2])  # False
print(x[3] is y[3])  # False

# 深いコピーはネストされたオブジェクトもコピー
print(y)  # [1, 2, [3, 4], {'a': 1, 'b': 2}]

モジュール属性のコピー

import math

# 元のモジュール
x = math

# 浅いコピー
y = x

# 深いコピー
z = copy.deepcopy(x)

# 浅いコピーは元のモジュールと参照を共有
print(x is y)  # True

# 深いコピーは元のモジュールと独立したオブジェクト
print(x is z)  # False

# 浅いコピーを変更しても元のモジュールは影響を受けない
y.pi = 3.14

print(math.pi)  # 3.141592653589793

# 深いコピーを変更しても元のモジュールは影響を受けない

• すべてのオブジェクトをコピーできるわけではありません。例えば、ファイルハンドルやソケットなどのオブジェクトはコピーできません。
• 複雑なオブジェクトをコピーする際に、深さによっては時間がかかる場合があります。

以下、copy.deepcopy() 以外のオブジェクトのコピー方法を紹介します。

浅いコピー

copy モジュールは、copy() 関数と deepcopy() 関数の他に、浅いコピーを行ういくつかの関数を提供しています。

• list.copy()
• tuple.__new__(tuple)
• str.__new__(str)
• bytes.__new__(bytes)

これらの関数は、オブジェクトの参照をコピーするだけです。つまり、元のオブジェクトとコピーされたオブジェクトは同じメモリ領域を共有します。

# 元のリスト
x = [1, 2, [3, 4]]

# 浅いコピー
y = x[:]

# 浅いコピーは元のリストと参照を共有
print(x is y)  # True
print(x[2] is y[2])  # True

# 浅いコピーを変更すると元のリストも変更される
y[0] = 10

print(x)  # [10, 2, [3, 4]]

シリアライズとデシリアライズ

オブジェクトをシリアライズしてデシリアライズすることで、深いコピーを作成することができます。

import pickle

# 元のオブジェクト
x = [1, 2, [3, 4]]

# シリアライズ
y = pickle.dumps(x)

# デシリアライズ
z = pickle.loads(y)

# シリアライズとデシリアライズによって深いコピーが作成される
print(x is z)  # False
print(x[2] is z[2])  # False

カスタムコピー

カスタムオブジェクトの場合は、__copy__() メソッドと __deepcopy__() メソッドを定義することで、オブジェクトのコピー方法をカスタマイズすることができます。

class MyClass:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b

    def __copy__(self):
        return MyClass(self.a, self.b)

    def __deepcopy__(self, memo):
        return MyClass(self.a, copy.deepcopy(self.b, memo))

# 元のオブジェクト
x = MyClass(1, 2)

# 浅いコピー
y = x

# 深いコピー
z = copy.deepcopy(x)

# 浅いコピーは元のオブジェクトと参照を共有
print(x is y)  # True
print(x.a is y.a)  # True

# 深いコピーは元のオブジェクトと独立したオブジェクト
print(x is z)  # False
print(x.a is z.a)  # False

# 浅いコピーを変更しても元のオブジェクトは影響を受けない
y.a = 10

print(x.a)  # 1

# 深いコピーを変更しても元のオブジェクトは影響を受けない
z.a = 10

print(x.a)  # 1

その他の方法

上記以外にも、オブジェクトのコピー方法には以下のようなものがあります。

• 構造化クローンモジュール (copyreg)
• 標準ライブラリの copy モジュールにある copy() 関数と deepcopy() 関数

これらの方法は、特定の種類のオブジェクトをコピーするのに役立ちます。

オブジェクトのコピーには、copy.deepcopy() 以外にもいくつかの方法があります。それぞれの方法にはメリットとデメリットがあるので、状況に応じて適切な方法を選択する必要があります。