浅拷贝而不是 Python 中的新对象

Question

我正在尝试在同一类中创建类的新对象，但是不是创建一个全新的对象，而是创建对我当前正在使用的同一对象的新引用。

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()方法可以解决引用的问题，但我想它也应该以不同的方式工作。

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？

这是一个略微减少的代码片段：

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))

问题出在类Matrix4，方法mulM()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0(，而不是简单地复制self对象。print的输出显示以下内容：

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 在定义函数时计算默认参数。当您定义：

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，此实例都将用作默认值。

首次创建Matrix4实例时，将执行__init__，并且此实例由名称引用row1

然后你有：

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

所以这个实例现在由 self.m_values[0] 引用。

稍后，在ScaleMatrix.update中，您将更新此Vec4实例：

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

下次调用不带参数的Matrix4.__init__时，将使用默认值，这是您刚刚更新的Vec4。

当您使用空列表作为默认参数时，您也有类似的行为，请参阅"最小惊讶"和可变默认参数 .

避免此问题的常用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()

作为输出给出：

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

Answer 2

查看 Python 构造函数和默认值以及"最小惊讶"和可变默认参数 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]

参数m_scaleScaleMatrix默认值也是如此：

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