Python中可变对象和不可变对象的使用详解

夏知夏

发布时间：2026-10-10| 2人浏览过

原创

Python将对象按创建后是否允许修改分为可变与不可变两类。掌握各类数据结构的行为特征及函数参数传递机制，能有效避免内存引用冲突与意外修改原始数据的开发陷阱。

1. 对象可变性简介与核心定义

在Python中，每个变量本质上都是指向堆内存中对象的引用。对象的可变性决定了其在传递给函数、参与表达式计算或存储于复合数据结构时的底层行为。核心分类如下：

可变对象：创建后内部状态可被直接修改。典型代表包括列表（list）、字典（dict）、集合（set）及自定义类实例。
不可变对象：创建后其内容或状态禁止修改。典型代表包括整数（int）、浮点数（float）、字符串（str）、元组（tuple）及冻结集合（frozenset）。

2. 不可变对象的行为特征

不可变对象在内存中具有固定地址与固定数据。任何看似“修改”的操作，实际上都是生成新对象并让变量指向它。

第1步：查看字符串与数字的修改机制

对字符串进行替换或对数字进行运算时，Python会在内存中开辟新空间存放结果，原对象保持不变。

str1 = "Hello"
# 尝试更改字符串的内容
str2 = str1.replace('H', 'J')
print(str1)  # 输出 Hello，原字符串未改变
print(str2)  # 输出 Jello，创建了一个新字符串

x = 10
y = x
x = x + 1
print(y)  # 输出 10，y 仍然指向原来的整数对象
print(x)  # 输出 11，x 现在指向一个新的整数对象

第2步：检查元组顶层与嵌套元素的可变性

元组的顶层结构严格不可变，但若其中包含可变对象（如列表），则该内部对象的属性仍可被修改。元组的不可变性仅作用于自身引用的绑定关系。

tup = (1, 2, 3)
try:
    tup[0] = 100  # 尝试修改元组的第一个元素
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出错误信息（TypeError）

# 元组内含可变对象
tup_with_list = (1, [2, 3], 4)
tup_with_list[1].append(5)
print(tup_with_list)  # 输出 (1, [2, 3, 5], 4)

3. 可变对象的操作规则

可变对象允许在原有内存地址上直接增删改查，适合需要频繁更新数据的场景。

第3步：直接在原地更新列表与字典

列表追加元素或字典更新键值对时，内存地址不变，仅内部数据结构发生重排。

lst = [1, 2, 3]
lst.append(4)
print(lst)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，列表内容被修改

dic = {'a': 1, 'b': 2}
dic['c'] = 3
print(dic)  # 输出 {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}，字典已更新

第4步：验证集合的元素添加限制

集合基于哈希表实现，要求所有元素必须是可哈希的（即不可变对象）。尝试添加列表或普通集合会触发异常。

# 创建一个初始集合
my_set = {1, 2, 3}
print("初始集合:", my_set)

# 添加、移除元素
my_set.add(4)
my_set.remove(2)
print("操作后的集合:", my_set)

nested_set = {1, 2, 3}
try:
    nested_set.add([4, 5, 6])  # 尝试添加列表到集合中
except TypeError as e:
    print(e)  # 输出错误信息

4. 函数参数传递的实际影响

Python采用“按对象引用传递”（Pass by Object Reference）机制。函数接收的是实参对象的内存地址，因此形参上的操作是否会波及外部变量，完全取决于该对象是否可变。

第5步：对比不可变与可变对象在传参时的输出结果

传入不可变对象时，函数内部的重新赋值或数学运算只会改变局部变量的指向，外部原始对象安全无损。传入可变对象时，函数内部的原地修改操作会直接反映到外部。

def update_number(n):
    n += 10

x = 5
update_number(x)
print(x)  # 输出 5，原始值未改变

def update_list(lst):
    lst.append(4)

my_list = [1, 2, 3]
update_list(my_list)
print(my_list)  # 输出 [1, 2, 3, 4]，原始列表被修改