Python列表初始化的"陷阱"：重复引用的坑

Python列表初始化的"陷阱"：重复引用的坑

# 当时的"聪明"代码
matrix = [[0] * 3] * 3  # 创建3x3矩阵，看起来很优雅对吧？

# 修改第一个元素
matrix[0][0] = 1
print(matrix)
# [[1, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 0, 0]]
# 卧槽！为什么都变了？

这个例子展示了Python中列表初始化时一个非常经典的"坑"，看似优雅的代码却产生了意外结果。让我们来深入分析：

问题现象

当我们用[[0] * 3] * 3创建矩阵并修改其中一个元素时，所有子列表的对应位置都被修改了：

matrix = [[0] * 3] * 3  # 看起来像创建3x3矩阵
matrix[0][0] = 1
print(matrix)
# 输出: [[1, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 0, 0]]
# 预期: [[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

问题根源：列表是可变对象，乘法创建的是引用副本

[[0] * 3] * 3的执行过程是：

1. 首先创建内部列表[0] * 3，得到[0, 0, 0]
2. 然后用* 3复制这个列表，但复制的是引用（内存地址）而非创建新列表

这意味着：

• 矩阵中的三个子列表实际上是同一个列表对象的三个引用
• 当你修改matrix[0][0]时，其实是修改了那个唯一的子列表对象
• 由于三个子列表引用的是同一个对象，所以看起来"都变了"

验证：三个子列表是同一个对象

我们可以通过is运算符验证这一点：

matrix = [[0] * 3] * 3
print(matrix[0] is matrix[1])  # True
print(matrix[1] is matrix[2])  # True
# 证明三个子列表是同一个对象

正确的矩阵创建方式

方法1：使用列表推导式（推荐）

matrix = [[0] * 3 for _ in range(3)]
matrix[0][0] = 1
print(matrix)  # [[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]] ✅

方法2：显式创建每个子列表

matrix = []
for _ in range(3):
    row = [0] * 3  # 每次循环创建新列表
    matrix.append(row)

这两种方法的关键是：每次都创建新的子列表对象，而不是复制已有列表的引用。

扩展：其他可变对象的类似问题

不只是列表，所有可变对象（字典、集合等）都会有类似问题：

# 字典的错误初始化
dicts = [{}] * 3
dicts[0]['name'] = 'Alice'
print(dicts)  # [{'name': 'Alice'}, {'name': 'Alice'}, {'name': 'Alice'}] ❌

# 正确方式
dicts = [{} for _ in range(3)]
dicts[0]['name'] = 'Alice'
print(dicts)  # [{'name': 'Alice'}, {}, {}] ✅

总结：避免陷阱的原则

当使用*运算符初始化包含可变对象的容器时要特别小心：

1. *对于不可变对象（如数字、字符串）是安全的：[0] * 3是安全的
2. *对于可变对象（如列表、字典）会创建引用副本，可能导致意外
3. 初始化包含可变对象的容器时，推荐使用列表推导式，确保每次创建新对象

记住：可变对象的复制通常是引用复制，而非值复制，这是Python中许多"坑"的根源！