[Python] 대입과 얕은 복사(Shallow copy), 깊은 복사(Deep copy)

💭 대입 연산 (Assignment)

대입 연산은 객체 복사가 아니다.

따라서 지금부터 설명할 대입과 복사는 연관된 것이 아닌 별개이다.

 

b에 a 대입

id() 함수는 변수의 주소 값을 반환한다.

 

대입 연산은 주소 값을 복사하여 대입하는 것이기 때문에

b의 주소도 a의 주소와 같은 것을 확인할 수 있다.

 

이후 a 값을 변경한 뒤에 b의 값도 변화하는지 확인해본다.

 

a 값 변화, b 값 변화 없음

a에 1을 더하였다. a와 b는 주소 값이 같았었지만 b 값은 변화되지 않았고, a의 주소가 바뀌었다.

 

이를 이해하려면 iterable과 immutable의 개념에 대해서 알아야 한다.

지금은 간단히 그림으로만 설명한다.

메모리 구조

 

int 타입은 immutable 한 타입이다.

따라서 값 별로 개개인의 메모리 공간을 하나 갖고 있는 것이다.

파이썬에서는 중복된 immutable 객체를 만들지 않는다.

 

처음에는 a와 b 모두 같은 메모리 공간을 가리키고 있었기 때문에 같은 값(10)을 가지고 있었다.

a의 값이 10에서 11로 바뀔 때, 바뀐 값은 immutable 한 타입이므로 10이 있는 메모리 공간을 가리키고 있다가 11이 있는 메모리 공간을 가리키게 되는 것이다.

메모리 공간을 가리킨다는 것은 해당 메모리 공간의 메모리 주소 값을 가지고 있다는 것이다.

 

b는 단순 a의 주소 값만을 복사해서 가져온 것이므로 b의 주소 값은 변경되지 않는다.

그래서 b는 여전히 10이라는 값을 가지고 있다.

 

 

이제 list를 선언한 뒤 list의 요소 값을 변경해본다.

A[1] 변화, B[1]도 변화

위의 예제와는 다르게 A[1]만 바꾸었는데 B[1]도 변경된 것을 확인할 수 있다.

이는 list가 iterable 한 타입이기 때문이다.

 

메모리 구조

B에 A를 대입하였기 때문에 A와 B는 서로 같은 메모리 공간(0x10)을 가리키고 있다.

A[1]을 2에서 20으로 변경하면 list 내의 요소가 가리키고 있는 것이 변경된다.

여전히 B는 0x10을 가리키고 있으므로 B[1]의 값도 바뀐 것이다.

 

 

💭 얕은 복사 (Shallow copy)

얕은 복사는 새로운 인스턴스를 만들고, 인스턴스의 값만 복사한다.

list를 예로 들어 얕은 복사를 하는 방법은 총 4가지가 있다.

 

copy() 함수

copy()

y1은 x를 대입한 것이고, y2는 x를 얕은 복사한 것이다.

list의 == 연산자는 list 내 요소 값들이 같은지 확인하는 것이므로 모두 True를 반환한다.

그러나 주소 값을 살펴보면 x와 y1만 같은 메모리 주소를 갖고 있고,

y2는 얕은 복사를 했으므로 다른 메모리 주소를 가진다.

 

동일 객체인지 비교하는 것은 is 연산자를 사용하면 된다.

객체 비교

is 연산자를 사용하면 내부적으로 인스턴스 주소를 체크한다.

그래서 주소가 같은 x와 y1을 is 연산하였을 때만 True이고 나머지 연산은 False인 것이다.

 

In [76]에서 원래 20이던 x[1]의 값을 200으로 변경했다.

y1은 x를 대입해 만든 것이므로 x가 가리키는 메모리 공간을 똑같이 가리키고 있다.

따라서 y1[1]의 값도 변했다.

 

그러나 y2는 얕은 복사를 하였으므로 x가 가리키는 메모리 공간과는 다른 메모리 공간을 가리키고 있다(== 다른 객체이다).

그래서 y2[1]의 값은 변하지 않은 것이다.

 

 

y1 = x (대입)과    y2 = x.copy() (얕은 복사)

간단하게 메모리 구조를 살펴보면 이렇다.

 

X가 가리키던 0x10 list를 그대로 복사하여 Y2에 저장한다.

따라서 list가 새로 생성되어 Y2가 가리키는 list의 주소 값은 0x20으로, 다른 메모리 공간에 저장되어 있다.

그러나 0x20 list 안 요소들이 가리키는 것은 0x10 list의 요소들이 가리키는 것과 같은 걸 가리키고 있다.

 

범위 지정 [:]

슬라이싱 자체가 새로운 사본을 만드는 것이기 때문에 슬라이싱으로 만들어진 것은 얕은 복사를 한 것이다.

 

[:]

: 앞 뒤로 숫자가 없는 경우 전체를 복사한다는 의미이다.

y2는 x를 슬라이싱하여 얕은 복사를 한 것이므로 주소 비교를 했을 때 False가 반환된다.

 

list()

list()

세 번째 방법으로는 list() 함수를 사용하는 것이다.

 

copy.copy()

copy.copy()

파이썬에서는 copy 모듈이 존재한다.

해당 모듈을 사용해서 얕은 복사를 할 수도 있다.

 

 

얕은 복사의 한계

얕은 복사

list x를 만들고 x를 얕은 복사한 y도 생성했다.

x와 y 내 요소 값은 같지만 얕은 복사를 했으므로 두 list의 주소 값은 다르다.

 

이후 x[0]의 값을 변경해본다.

x[0] 변경

x[0]을 변경했어도 얕은 복사를 했으므로 y에는 아무런 영향이 없다.

메모리 구조는 아래와 같다.

x[0] 값 변경 후 메모리 구조

 

 

만약 y[-1][-1] 값을 바꾸면 어떻게 될까

y[-1[-1] 변경

x는 바꾸지 않았음에도 불구하고 x[-1][-1] 값도 F로 바뀌어있다.

 

위의 그림 x[2] 0x300 list와 y[2] 0x300 list는 같은 list이다.

얕은 복사를 했기 때문에 x, y가 같은 0x300 list를 가리키게 되는 것이다.

 

이 상태에서 y[-1][-1] 값을 변경하게 되면 메모리 구조가 이렇게 변경된다.

y[-1][-1] 변경 후 메모리 구조

결국 x[2] 0x300 list가 가리키는 값도 바뀌게 된다.

 

 

만약 y[0] 값을 바꾸었다면 x[0]에 아무런 영향도 미치지 않았겠지만

y의 list 내 값을 바꾸었기 때문에 x에도 영향이 가게 된다.

이게 바로 얕은 복사의 한계라는 것이다.

 

 

💭 깊은 복사 (Deep copy)

깊은 복사를 하는 방법은 아까 얕은 복사에서 사용했던 copy 모듈을 사용하는 것이다.

 

copy.deepcopy()

y는 x를 깊은 복사 하여 만들었다.

그래서 x와 y 내 요소 값들은 같지만, x와 y의 주소는 다르다.

 

또한 앞전의 얕은 복사에서는 x[2]와 y[2] list가 같은 list를 참조하고 있었지만

이번 깊은 복사에서는 두 list의 주소 값도 다르다는 것을 알 수 있다.

 

이 상태에서 x[0]와 y[-1][-1] 값을 변경해본다.

 

x[0] 값과 y[-1][-1] 값 변경

당연하게도 x[0]을 변경해도 y[0]에는 영향을 미치지 않는다.

또한 얕은 복사와 달리 y[-1][-1] 값을 바꾸어도 x[-1][-1] 값은 그대로이다.

앞전에 살펴봤듯이 x[2]와 y[2]가 같은 list가 아닌, 서로 다른 list 메모리 공간을 가리키고 있기 때문이다.

 

메모리 구조는 아래와 같다.

 

y[-1][-1] 값 변경 후 메모리 구조

 

 

사전 지식이 별로 없는 상태에서 바로 대입과 얕은 복사, 깊은 복사를 이해하기에는 무리가 있다.

메모리 구조에 익숙해지고, iterable과 immutable을 이해하는 게 중요하다.