Python 中的浅拷贝而不是新对象

Question

我正在尝试在同一个 class 中创建一个 class 的新对象，但是它没有创建一个全新的对象，而是简单地创建了对同一对象的新引用我'我目前在工作。

因此，如果我更改一个对象的值，它也会更改另一个对象的值 - 即使我可能应该有 2 个完全不同的对象。

使用 copy.deepcopy() 方法修复了引用的问题，但我想它的工作方式也应该有所不同。

我的代码在此特定实现中的行为如何？是否有理由创建同一对象的浅表副本，即使代码可能应该创建它的新实例？

这是一个稍微简化的代码片段：

class Vec4():
    def __init__(self, x = 0, y = 0, z = 0, w = 0):
        self.values = [x,y,z,w]

    def __str__(self):
        return str(self.values[0]) + ' ' + str(self.values[1]) + ' ' + str(self.values[2]) + ' ' + str(self.values[3])

    def setValue(self, index, value):
        self.values[index] = value


    def scalar(self, vector):
        """returns the result of the scalar multiplication"""
        result = 0
        for u in range(4):
            result += self.values[u] * vector.values[u]
        return result




class Matrix4():
    def __init__(self, row1 = Vec4(), row2 = Vec4(), row3 = Vec4(), row4 = Vec4()):
        self.m_values = [row1,row2,row3,row4]
        self.trans_values = [Vec4(),Vec4(),Vec4(),Vec4()]
        self.set_transp_matrix()

    def __str__(self):
        return self.m_values[0].__str__() + '\n' + self.m_values[1].__str__() + '\n' + self.m_values[2].__str__() + '\n' + self.m_values[3].__str__()

    def setIdentity(self):

        identity = Matrix4(Vec4(1,0,0,0),
                       Vec4(0,1,0,0),
                       Vec4(0,0,1,0),
                       Vec4(0,0,0,1))
        for i in range(4):
            for j in range(4):
                self.m_values[i].values[j] = identity.m_values[i].values[j]

    def set_transp_matrix(self):
         for t in range(4):
            for s in range(4):
                self.trans_values[t].values[s] = self.m_values[s].values[t]

    def get_trans_matrix(self):
        return self.trans_values[0].__str__() + '\n' + self.trans_values[1].__str__() + '\n' + self.trans_values[2].__str__() + '\n' + self.trans_values[3].__str__()

    def mulM(self, m):

        print(self, "\n")
        matrixResult = Matrix4()
        print(matrixResult, "\n")
        for row in range(4):  # rows of self
            for element in range(4):
                value = self.m_values[row].scalar(m.trans_values[element])
                matrixResult.m_values[row].setValue(element, value)
        return matrixResult


class ScaleMatrix(Matrix4):

    def __init__(self, m_scale = Vec4(1,1,1), *args, **kwargs):
        super(ScaleMatrix, self).__init__(*args, **kwargs)
        self.m_scale = m_scale
        self.update()

    def getScale(self):
        """Returns the scale vector, only x, y and z are relevant"""
        return self.m_scale

    def setScale(self, v):
        """Sets the scale vector, only x, y and z are relevant"""
        self.m_scale = v
        self.update()

    def update(self):
        """Calculates the scale matrix"""

        self.setIdentity()

        for i in range(3):
            self.m_values[i].values[i] = self.getScale().values[i]

        return self


if __name__ == "__main__":
    #Simple Constructor and Print
    a = Vec4(1,2,3,4)
    b = Vec4(5,6,7,8)
    c = Vec4(9,10,11,12)
    d = Vec4(13,14,15,16)


    A = Matrix4(a, b, c, d)
    D = ScaleMatrix()
    D.setScale(Vec4(3, 4, 5, 1))

    print(D.mulM(A))

问题出在 class Matrix4 方法 mulM() 中，其中 matrixResult = Matrix4() 应该创建一个全新的 Matrix4() 实例（其中所有值Vec4() 应该是 0) 而不是简单地复制 self 对象。 print 的输出显示如下：

3 0 0 0
0 4 0 0
0 0 5 0
0 0 0 1 

3 0 0 0
0 4 0 0
0 0 5 0
0 0 0 1 

3 6 51 672
20 64 508 6688
45 140 1170 15340
13 40 334 4396

所以第二个矩阵不应该等于第一个。但是，如果我创建一个普通的 Matrix4() 对象而不是在上面代码片段的最后扩展 Matrix4() 的 ScaleMatrix() 对象，则不会出现此问题。

Python v.3.6.4

Answer 1

Python 在定义函数时评估默认参数。当你定义：

class Matrix4():
    def __init__(self, row1 = Vec4() ...

您创建了一个 Vec4 实例，现在每次调用此 __init__ 方法时都会将此实例用作默认值。

第一次创建 Matrix4 实例时，__init__ 将执行，并且此实例被名称 row1

引用

那么你有：

    self.m_values = [row1,row2,row3,row4]

所以这个实例现在被 self.m_values[0] 引用了。

稍后，在 ScaleMatrix.update 中，您更新此 Vec4 实例：

for i in range(3):
            self.m_values[i].values[i] = self.getScale().values[i]

下次不带参数调用Matrix4.__init__时，将使用默认值，这就是您刚刚更新的Vec4。

当您使用空列表作为默认参数时，您有类似的行为，请参阅“Least Astonishment”和可变默认参数 .

避免这个问题的通常方法是避免使用可变对象作为默认参数。你可以这样做：

class Matrix4():
    def __init__(self, row1 = None, row2 = None, row3 = None, row4 = None):
        if row1 is None:
            row1 = Vec4()
        if row2 is None:
            row2 = Vec4()
        if row3 is None:
            row3 = Vec4()
        if row4 is None:
            row4 = Vec4()
        self.m_values = [row1,row2,row3,row4]
        self.trans_values = [Vec4(),Vec4(),Vec4(),Vec4()]
        self.set_transp_matrix()

输出为：

3 0 0 0
0 4 0 0
0 0 5 0
0 0 0 1 

0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0 

3 6 9 12
20 24 28 32
45 50 55 60
13 14 15 16

Answer 2

查看 Python constructor and default value and "Least Astonishment" and the Mutable Default Argument 您的问题与上述链接问题中描述的问题基本相似。

此外，在声明 class 时，使其成为 object 的子 class:

class Vec4(object):
class Matrix4(object):

最后，要解决您的特定问题，请删除初始化程序的默认值。例如，做这样的事情：

class Matrix4():
    def __init__(self, row1=None, row2=None, row3=None, row4=None):
       if row1 is None:
           row1 = Vec4()
       if row2 is None:
           row2 = Vec4()
       if row3 is None:
           row3 = Vec4()
       if row4 is None:
           row4 = Vec4()
       self.m_values = [row1,row2,row3,row4]

同样适用于 ScaleMatrix 参数的默认值 m_scale:

class ScaleMatrix(Matrix4):
    def __init__(self, m_scale = Vec4(1,1,1), *args, **kwargs):

Python 中的浅拷贝而不是新对象

Shallow copy instead of new object in Python

python

oop

inheritance

deep-copy