为什么Python中[defaultdict(int)] * 3返回三个指向同一对象的引用？

编辑说明 #

为什么[defaultdict(int)] * 3会返回三个指向同一对象的引用？

原始标题 #

Python中将defaultdict列表解包到变量时出现不符合预期的行为

问题描述 #

将初始化好的defaultdict类型列表解包赋值给多个变量时，运行表现与预期不符，使用的Python版本为3.9.1，复现代码如下：

# 两种写法行为一致，运行正常
a,b,c = [int(), int(), int()]
d,e,f = [int()] * 3

# 预期两种写法行为一致，但实际运行表现不同
l,m,p = [defaultdict(int), defaultdict(int), defaultdict(int)]
q,r,s = [defaultdict(int)] * 3

完整运行输出：

>>> a,b,c = [int(), int(), int()]
>>> a+=4; b+=2; c+=7
>>> a,b,c
(4, 2, 7)
>>> d,e,f = [int()] * 3
>>> d+=11; e+=8; f+= 41
>>> d,e,f
(11, 8, 41)

>>> from collections import defaultdict
>>> l,m,p = [defaultdict(int), defaultdict(int), defaultdict(int)]
>>> l['a']+=1; m['b']+=2; m['c']+=3;
>>> l,m,p
(
  defaultdict(<class 'int'>, {'a': 1}), 
  defaultdict(<class 'int'>, {'b': 2, 'c': 3}), 
  defaultdict(<class 'int'>, {})
)
>>> q,r,s = [defaultdict(int)] * 3
>>> q['a']+=111; r['b']+=222; m['c']+=333;
>>> q,r,s
(
  defaultdict(<class 'int'>, {'a': 111, 'b': 222}), 
  defaultdict(<class 'int'>, {'a': 111, 'b': 222}), 
  defaultdict(<class 'int'>, {'a': 111, 'b': 222})
)

问题解答 #

这个现象是Python的序列乘法规则、可变/不可变对象的差异共同导致的，核心逻辑如下：

• [x] * N的运行规则：序列乘号操作只会复制对象的引用，不会重新执行x的初始化逻辑。也就是说[defaultdict(int)] * 3只会调用一次defaultdict(int)生成实例，然后把这个实例的引用复制3次放到列表里，三个元素本质指向同一个内存地址的对象。
• int场景表现正常的原因：int是不可变对象，执行d += 11时并不会修改原有的int实例，而是会生成一个全新的int对象，再把变量d的指针指向这个新对象，不会影响列表里原来的实例，所以三个变量的修改互不干扰。
• defaultdict表现异常的原因：defaultdict是可变对象，执行q['a'] += 111是直接修改q指向的defaultdict实例本身的内容，没有创建新对象。而q、r、s三个变量都指向同一个defaultdict实例，所以修改任意一个变量的内容，另外两个也会同步变化。

解决方案 #

如果需要生成多个独立的defaultdict实例，使用列表推导式写法即可：

q, r, s = [defaultdict(int) for _ in range(3)]

列表推导式的每次循环都会重新执行一次defaultdict(int)初始化，生成三个完全独立的实例，修改时不会互相影响。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者rcodemonkey