Python中的浅拷贝而不是新对象

Question

我试图在同一个类中创建一个类的新对象，但是它不是创建一个全新的对象，而是创建一个对我当前使用的同一个对象的新引用。你知道吗

因此，如果我改变一个对象的值，它也会改变另一个对象的值——尽管我可能应该有两个完全不同的对象。你知道吗

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

我的代码在这个特定的实现中是如何工作的？它是否有理由创建同一对象的浅层副本，即使代码可能应该创建它的新实例？你知道吗

这是一个稍微简化的代码段：

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))

问题在于类Matrix4，方法mulM()，其中matrixResult = Matrix4()应该创建一个全新的Matrix4()实例（其中Vec4()的所有值都应该是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矩阵。 但是，如果我创建一个普通的Matrix4()对象，而不是在上述代码片段的最后扩展Matrix4()的ScaleMatrix()对象，则不会出现问题。你知道吗

Python v.3.6.4版

Answer 1

查看Python constructor and default value和"Least Astonishment" and the Mutable Default Argument您的问题与上面链接的问题中描述的问题基本相似。你知道吗

另外，在声明类时，使其成为object的子类：

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

最后，要解决您的特定问题，请删除初始值设定项的默认值。例如，执行以下操作：

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]

默认的ScaleMatrix参数m_scale也是如此：

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

Answer 2

Python在定义函数时计算默认参数。定义时：

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

创建一个Vec4实例，现在每次调用这个__init__方法时，这个实例都将用作默认值。你知道吗

第一次创建Matrix4实例时，将执行__init__，并通过名称row1引用该实例

那么你有：

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

所以这个实例现在由self.m\u值[0]引用。你知道吗

稍后，在ScaleMatrix.update中，更新这个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，这是刚刚更新的Vec4。你知道吗

当使用空列表作为默认参数时，也有类似的行为，请参见“Least Astonishment” and the Mutable Default Argument 。你知道吗

避免此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()

作为输出：

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