16-浅拷贝深拷贝在C层面的真相（下）-deepcopy递归与memo字典

浅拷贝深拷贝在 C 层面的真相（下）：deepcopy 递归与 memo 字典——为什么循环引用不会死循环

📖文章简介：上篇拆了copy.copy()的 C 层实现——浅拷贝只复制ob_item指针数组，不复制指针指向的对象。本篇进入deepcopy源码核心：递归复制每一层的实现机制、memo字典如何防止循环引用导致无限递归、_reconstruct函数怎么"从零重建一个对象"。最后讨论特殊类型的深拷贝限制——为什么file对象、socket对象不能深拷贝，以及 try/except 中deepcopy失败时的处理策略。

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导入语

上篇拆了copy.copy()的源码。现在进入deepcopy——Python 深度拷贝系统的核心。它的逻辑看起来简单：递归遍历每个对象、然后逐层复制。但这里有两个棘手的问题：

1. 循环引用怎么办？——a 引用 b，b 引用 a。递归下去不就死循环了吗？
2. 怎么"从零重建"一个对象？—— 不调用__init__怎么拿到一个空壳子？

这两个问题copy.deepcopy都解决了。解决方式很精妙——memo字典 +_reconstruct函数。本文把它们拆开讲。

1 ~>deepcopy核心源码——三步走

1.1 简化后结构

defdeepcopy(x,memo=None,_nil=[]):ifmemoisNone:memo={}# ① 创建一个"已拷贝"记录表# ② 如果这个对象已经拷贝过了（在 memo 里），直接返回它的拷贝d=id(x)ifdinmemo:returnmemo[d]# ③ 根据类型分发到对应的拷贝逻辑cls=type(x)# ...按类型处理：list、dict、set、自定义类等# 处理完后把 (原对象ID → 新对象) 存入 memomemo[d]=y# ← 关键！returny

1.2memo字典——防止死递归的核心

memo是一个字典，key 是原始对象的 id，value 是它的深拷贝副本。

deepcopy 开始后： memo={}遇到 obj1: memo[123456]=obj1_copy 遇到 obj2: memo[789012]=obj2_copy 如果 obj1 又引用了 obj2 → 检查 memo → 已经拷贝过了 → 直接用 obj2_copy！

2 ~> 循环引用的处理——memo实战演示

2.1 代码演示

importcopy# 构造循环引用a=[1,2]a.append(a)# a[2] 就是 a 自己！print(a)# [1, 2, [...]]b=copy.deepcopy(a)print(b)# [1, 2, [...]]print(bisb[2])# True ← b 里引用自己的结构也被保留了print(bisa)# False ← 是一份独立复制

2.2 内部处理过程

步骤1: deepcopy(a)被调用，memo={}步骤2: 发现 a 是列表，开始复制 步骤3: y=[]（分配新列表对象） → memo[id(a)]=y 步骤4: 处理 a[0]→1是不可变对象 → 复制值1步骤5: 处理 a[1]→2是不可变对象 → 复制值2步骤6: 处理 a[2]→ 它指向 a！ → 检查 memo[id(a)]→ 已经存储在步骤3里 → 返回 y（新列表对象） → y.append(y)→ 新列表自己引用自己 ✓

如果不是memo字典，步骤 6 会无限重复步骤 1-6——死循环。memo把循环引用问题解决了，同时保留了原对象图一样的拓扑结构。

3 ~>_reconstruct——不调__init__怎么创建对象

3.1 问题

classLogger:def__init__(self,name):self.name=name self.file=open(f"/var/log/{name}.log","w")# 初始化时打开文件logger=Logger("app")logger_copy=copy.deepcopy(logger)# 我们不能调用 __init__！

如果deepcopy调用了Logger.__init__，它会打开另一个日志文件——这不符合拷贝的语义。deepcopy的做法是：不解构对象的初始化——直接恢复它目前的状态。

3.2_reconstruct的工作原理

# 简化版 _reconstruct 逻辑def_reconstruct(cls,base,state):# 创建一个"空壳子"，不调用 __init__obj=base.__new__(cls)# 把 __getstate__ 返回的状态直接设置到对象上ifstateisnotNone:obj.__dict__.update(state)returnobj

其核心是调用__new__而非__init__——创建一个空壳对象，然后直接用__dict__灌入原始状态。

3.3 如果不想用默认行为——覆写__deepcopy__

importcopyclassConfig:def__init__(self,data):self.data=data self._cache=Nonedef__deepcopy__(self,memo):# 自定义深拷贝：不复制缓存（cache 可以重建）new=Config(copy.deepcopy(self.data,memo))new._cache=None# 缓存重置，不用从旧对象拷贝returnnew

4 ~> 不能深拷贝的类型

importcopytry:f=open("test.txt","w")f2=copy.deepcopy(f)# TypeErrorexceptTypeErrorase:print(f"不能深拷贝文件对象:{e}")

思考 && 总结

deepcopy的源码核心三点：

1. memo字典记录"原对象 ID → 副本对象"——遇到循环引用时直接返回已有副本，而不是陷入死递归。这是deepcopy设计中最精妙的一环。
2. _reconstruct用__new__创建空壳 +__dict__.update(state)恢复状态——绕过了__init__，避免了重复创建文件、连接等副作用。
3. 不可深拷贝的类型直接抛TypeError——这个限制是为了防止错误的资源复制。

结尾

深浅拷贝 C 层上下篇到此完结。感谢阅读！

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结语：deepcopy 的核心是memo字典 +_reconstruct——死循环问题被一个字典优雅地解决了。下篇拆一个更冷门的话题——__slots__为什么有时加了反而更慢。一键四连！