如何按引用传递变量？

Question

我写了这个类来做测试：

class PassByReference:
    def __init__(self):
        self.variable = 'Original'
        self.change(self.variable)
        print(self.variable)

    def change(self, var):
        var = 'Changed'

当我尝试创建一个实例时，输出是 Original。所以看起来在Python中，参数是按值传递的。这对吗？我该怎么修改代码才能实现按引用传递的效果，让输出变成 Changed 呢？

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_{有时候人们会惊讶于像 x = 1 这样的代码，其中 x 是一个参数名，却不会影响调用者的参数，而像 x[0] = 1 这样的代码却会。这是因为 项赋值 和 切片赋值 是改变一个已有对象的方式，而不是重新给变量赋值，尽管看起来用的是 = 的语法。想了解更多，可以查看 为什么一个函数可以修改某些参数，而不能修改其他参数？}

_{还可以参考 按引用传递和按值传递有什么区别？，了解一些重要的、与语言无关的术语讨论。}

Answer 1

我发现其他的回答都比较长而且复杂，所以我做了一个简单的图来解释Python是如何处理变量和参数的。

Answer 2

这个问题源于对Python中变量的误解。如果你习惯于大多数传统编程语言，你可能会有这样的想法：在下面这个过程里发生了什么：

a = 1
a = 2

你认为 a 是一个存储值 1 的内存位置，然后它被更新为存储值 2。但在Python中并不是这样。实际上，a 一开始是指向一个值为 1 的对象，然后它被重新指向一个值为 2 的对象。这两个对象可能会同时存在，即使 a 不再指向第一个对象；实际上，程序中的其他地方也可能有多个引用指向这两个对象。

当你调用一个带参数的函数时，会创建一个新的引用，指向传入的对象。这个引用和函数调用时使用的引用是分开的，所以没有办法更新那个引用，让它指向一个新的对象。在你的例子中：

def __init__(self):
    self.variable = 'Original'
    self.Change(self.variable)

def Change(self, var):
    var = 'Changed'

self.variable 是指向字符串对象 'Original' 的引用。当你调用 Change 时，你创建了一个第二个引用 var，指向这个对象。在函数内部，你把引用 var 重新指向了一个不同的字符串对象 'Changed'，但引用 self.variable 是分开的，并不会改变。

解决这个问题的唯一方法是传递一个可变对象。因为这两个引用都指向同一个对象，所以对这个对象的任何修改都会在两个地方反映出来。

def __init__(self):         
    self.variable = ['Original']
    self.Change(self.variable)

def Change(self, var):
    var[0] = 'Changed'

Answer 3

参数是通过赋值的方式传递的。这样做的原因有两个：

1. 传入的参数实际上是一个对象的引用（但这个引用是按值传递的）
2. 有些数据类型是可变的，有些则不可变

所以：

• 如果你把一个可变对象传给一个方法，方法会得到对这个对象的引用，你可以随意修改它，但如果你在方法中重新绑定这个引用，外部的代码就不知道了，结束后外部的引用仍然指向原来的对象。

• 如果你把一个不可变对象传给一个方法，你仍然不能重新绑定外部的引用，甚至连修改这个对象的内容都做不到。

为了更清楚，我们来看一些例子。

列表 - 可变类型

我们来试着修改传给方法的列表：

def try_to_change_list_contents(the_list):
    print('got', the_list)
    the_list.append('four')
    print('changed to', the_list)

outer_list = ['one', 'two', 'three']

print('before, outer_list =', outer_list)
try_to_change_list_contents(outer_list)
print('after, outer_list =', outer_list)

输出：

before, outer_list = ['one', 'two', 'three']
got ['one', 'two', 'three']
changed to ['one', 'two', 'three', 'four']
after, outer_list = ['one', 'two', 'three', 'four']

因为传入的参数是对outer_list的引用，而不是它的副本，所以我们可以使用可变列表的方法来改变它，并且这些变化会反映在外部的代码中。

现在我们看看当我们试图改变作为参数传入的引用时会发生什么：

def try_to_change_list_reference(the_list):
    print('got', the_list)
    the_list = ['and', 'we', 'can', 'not', 'lie']
    print('set to', the_list)

outer_list = ['we', 'like', 'proper', 'English']

print('before, outer_list =', outer_list)
try_to_change_list_reference(outer_list)
print('after, outer_list =', outer_list)

输出：

before, outer_list = ['we', 'like', 'proper', 'English']
got ['we', 'like', 'proper', 'English']
set to ['and', 'we', 'can', 'not', 'lie']
after, outer_list = ['we', 'like', 'proper', 'English']

因为the_list参数是按值传递的，把一个新列表赋值给它对外部代码没有任何影响。the_list是outer_list引用的一个副本，我们让the_list指向一个新列表，但没有办法改变outer_list指向的内容。

字符串 - 不可变类型

字符串是不可变的，所以我们无法改变字符串的内容

现在，我们试着改变引用

def try_to_change_string_reference(the_string):
    print('got', the_string)
    the_string = 'In a kingdom by the sea'
    print('set to', the_string)

outer_string = 'It was many and many a year ago'

print('before, outer_string =', outer_string)
try_to_change_string_reference(outer_string)
print('after, outer_string =', outer_string)

输出：

before, outer_string = It was many and many a year ago
got It was many and many a year ago
set to In a kingdom by the sea
after, outer_string = It was many and many a year ago

同样，因为the_string参数是按值传递的，把一个新字符串赋值给它对外部代码没有任何影响。the_string是outer_string引用的一个副本，我们让the_string指向一个新字符串，但没有办法改变outer_string指向的内容。

希望这能让事情更清楚一些。

编辑：有人指出这并没有回答@David最初问的问题，“有没有什么方法可以真正按引用传递变量？”我们来解决这个问题。

我们该如何解决这个问题？

正如@Andrea的回答所示，你可以返回新的值。这并没有改变传递的方式，但可以让你得到想要的信息：

def return_a_whole_new_string(the_string):
    new_string = something_to_do_with_the_old_string(the_string)
    return new_string

# then you could call it like
my_string = return_a_whole_new_string(my_string)

如果你真的想避免使用返回值，你可以创建一个类来保存你的值，并把它传入函数，或者使用一个现有的类，比如列表：

def use_a_wrapper_to_simulate_pass_by_reference(stuff_to_change):
    new_string = something_to_do_with_the_old_string(stuff_to_change[0])
    stuff_to_change[0] = new_string

# then you could call it like
wrapper = [my_string]
use_a_wrapper_to_simulate_pass_by_reference(wrapper)

do_something_with(wrapper[0])

虽然这看起来有点麻烦。