Python's Mutable vs Immutable Types: Sự khác biệt là gì?

Giá trị của một đối tượng có lẽ là đặc điểm duy nhất mà bạn muốn thay đổi trong mã của mình. Một đối tượng cho phép bạn thay đổi giá trị của nó mà không thay đổi danh tính của nó là một đối tượng có thể thay đổi . Những thay đổi mà bạn có thể thực hiện trên giá trị của đối tượng có thể thay đổi được gọi là các đột biến .

Ngược lại, một đối tượng không cho phép thay đổi giá trị của nó là một đối tượng bất biến . Bạn không có cách nào để thực hiện các thay đổi trên loại đối tượng này. Bạn chỉ có tùy chọn tạo một đối tượng mới cùng loại nhưng có giá trị khác, bạn có thể thực hiện việc này thông qua một nhiệm vụ mới.

Trong Python, bạn sẽ có một số kiểu dựng sẵn theo ý của mình. Hầu hết trong số chúng là bất biến, và một số ít có thể thay đổi. Các kiểu dữ liệu một mục, chẳng hạn như số nguyên, số float, số phức và Booleans , luôn không thay đổi. Vì vậy, bạn không có cách nào để thay đổi giá trị của các loại này. Bạn chỉ có tùy chọn tạo đối tượng mới với giá trị mới và loại bỏ đối tượng cũ.

Khi nói đến các loại bộ sưu tập hoặc vùng chứa , chẳng hạn như chuỗi, danh sách, bộ dữ liệu, bộ và từ điển, mọi thứ sẽ khác một chút. Giống như tất cả các đối tượng khác, một bộ sưu tập có một danh tính duy nhất. Tuy nhiên, các bộ sưu tập bên trong giữ các tham chiếu đến tất cả các giá trị riêng lẻ của chúng. Điều này mở ra cơ hội cho khả năng biến đổi.

Theo định nghĩa của một đối tượng có thể thay đổi, nếu bạn có thể thay đổi giá trị của đối tượng đó mà không thay đổi danh tính của đối tượng, thì bạn có một đối tượng có thể thay đổi. Trong một loại bộ sưu tập, bạn có danh tính của bộ sưu tập và có thể có một số danh tính vật phẩm. Bạn có thể sửa đổi giá trị—và do đó, cả danh tính—của một số mục này trong khi không thay đổi danh tính của bộ sưu tập. Trong trường hợp đó, bạn có một bộ sưu tập có thể thay đổi.

Python có cả kiểu dữ liệu bộ sưu tập có thể thay đổi và không thể thay đổi. Chuỗi và bộ dữ liệu là bất biến, trong khi danh sách, từ điển và bộ có thể thay đổi. Sự khác biệt này rất quan trọng đối với bạn với tư cách là nhà phát triển Python. Bạn sẽ khám phá nó chi tiết hơn sau trong hướng dẫn này. Trước đó, bạn sẽ tìm hiểu về một số sự thật mà bạn nên ghi nhớ khi làm việc với các đối tượng có thể thay đổi và không thể thay đổi.

Cân nhắc khi làm việc với các đối tượng có thể thay đổi và không thể thay đổi

Khi làm việc với các kiểu dữ liệu có thể thay đổi và không thể thay đổi trong Python, bạn phải xem xét việc sử dụng một hoặc một loại đối tượng khác sẽ ảnh hưởng đến mã của bạn như thế nào.

Đầu tiên, để làm việc với các đối tượng bất biến, bạn có thể cần nhiều bộ nhớ hơn vì bạn không thể thay đổi dữ liệu trực tiếp trong chính đối tượng đó. Thay vào đó, bạn cần tạo các đối tượng mới, điều này có thể dẫn đến nhiều bản sao khác nhau nhưng có liên quan với nhau của cùng một dữ liệu cơ bản.

Thứ hai, các đối tượng có thể thay đổi được biết là làm cho việc xử lý các luồng trở thành một nhiệm vụ đầy thách thức. Các luồng làm thay đổi giá trị của một đối tượng mà không đồng bộ hóa phù hợp có thể làm hỏng dữ liệu chứa trong đối tượng đó. Để khắc phục sự cố này, bạn cần sử dụng đồng bộ hóa, điều này có thể gây ra bế tắc. Quan trọng nhất, đồng bộ hóa quá mức làm suy yếu đồng thời.

Cuối cùng, các đối tượng bất biến tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập luận về mã của bạn. Để hiểu một đoạn mã liên tục thay đổi một đối tượng, bạn phải nhớ tất cả những thời điểm có thể xảy ra khi dữ liệu cơ bản bị thay đổi. Điều này không đúng với các đối tượng bất biến vì bạn không thể thay đổi dữ liệu hoặc giá trị của chúng.

Với tất cả kiến ​​thức lý thuyết về các đối tượng có thể thay đổi và không thể thay đổi này, bạn đã sẵn sàng đi sâu vào các kiểu dữ liệu có thể thay đổi được tích hợp sẵn của Python.

Số

Các số là ví dụ đầu tiên và phổ biến nhất về các kiểu dựng sẵn bất biến trong Python. Bạn sẽ không có cách nào để truy cập vào phần bên trong của một giá trị số. Do hạn chế này, bạn sẽ không thể thay đổi giá trị của nó mà không thay đổi danh tính của nó. Điều này đúng với tất cả các kiểu số dựng sẵn— int, floatvà complex—như bạn đã học.

Trong Python, khi bạn muốn sử dụng một đối tượng nhất định trong toàn bộ mã của mình, bạn thường gán đối tượng đó cho một biến và sau đó sử dụng lại biến đó bất cứ khi nào bạn cần. Bây giờ hãy xem xét ví dụ sau về một biến trỏ đến một giá trị số:

>>> number = 314
>>> number
314

>>> id(number)
9402151432

Trong ví dụ này, bạn sử dụng một câu lệnh gán để tạo một biến mới chứa tham chiếu đến một số nguyên. Hàm id()trả về danh tính của số.

Bây giờ giả sử rằng bạn không biết các biến Python hoạt động như thế nào và bạn nghĩ rằng tôi có thể thay đổi giá trị của biến số nguyên này bằng một phép gán khác :

>>> number = 7
>>> number
7

>>> id(number)
4343439784

Nếu bạn so sánh giá trị trả về của id()trong ví dụ này với giá trị bạn nhận được trong ví dụ trước, thì bạn sẽ lưu ý rằng chúng khác nhau. Vì vậy, thay vì cập nhật giá trị của number, bạn đã tạo một giá trị hoàn toàn mới và khiến biến của bạn tham chiếu đến nó.

Khi bạn đã thay đổi numberthành tham chiếu đến 7, thì cái cũ 314sẽ được thu gom rác, giúp giải phóng bộ nhớ được chỉ định để lưu trữ đối tượng.

Khi nói đến số, Python chỉ cho phép bạn gán lại tên biến để trỏ đến một giá trị số mới tồn tại ở một địa chỉ bộ nhớ hoàn toàn khác. Nó không cho phép bạn thay đổi giá trị được lưu trữ tại địa chỉ bộ nhớ ban đầu. Đó là lý do tại sao 314có danh tính 9402151432, và 7có danh tính 4343439784. Hành vi này là cơ sở của tính bất biến trong các loại số.

Bởi vì các kiểu số là bất biến, không quan trọng bạn có bao nhiêu biến trỏ đến một đối tượng nhất định. Mọi tham chiếu sẽ trỏ đến cùng một giá trị cho đến khi bạn gán lại tên biến một cách rõ ràng:

>>> word_counter = letter_counter = 0
>>> id(word_counter)
4343439560
>>> id(letter_counter)
4343439560

>>> word_counter += 1
>>> word_counter
1
>>> id(word_counter)
4343439592

>>> letter_counter
0
>>> id(letter_counter)
4343439560

Trong ví dụ này, bạn sử dụng phép gán nhiều lần để tạo hai biến tham chiếu đến cùng một số. Sau đó, cả hai biến giữ cùng một tham chiếu và do đó trỏ đến cùng một phiên bản của số 0.

Nếu bạn chỉ định lại một trong hai biến để giữ một số mới, thì biến thứ hai sẽ vẫn trỏ đến số ban đầu. Đó là lý do tại sao sau khi thực hiện, word_counter += 1,hàm id()trả về một số nhận dạng khác. Lưu ý cách letter_countergiữ dữ liệu gốc.

Booleans

Python có một kiểu dựng sẵn boolcó thể nhận hai giá trị có thể có: Truehoặc False. Các giá trị này là các hằng số tích hợp lần lượt được đặt thành 1và 0. Loại boollà một lớp con của int. Để xác nhận các tính năng nội bộ này của bool, hãy tiếp tục và chạy mã bên dưới:

>>> issubclass(bool, int)
True

>>> isinstance(True, int)
True
>>> isinstance(False, int)
True

>>> int(True)
1
>>> int(False)
0

Tại đây, trước tiên bạn gọi hàm có sẵn issubclass()để kiểm tra xem đó boolcó thực sự là một lớp con của int. Sau đó, bạn gọi isinstance()để kiểm tra xem cả hai Truevà Falsecó phải là phiên bản của int. Cuối cùng, bạn gọi int()để khám phá Truecó giá trị là 1và Falsecó giá trị là 0.

Bởi vì boolloại là một lớp con của int, nên nó kế thừa tính bất biến của lớp cha:

>>> has_permission = True
>>> id(has_permission)
4342432520

>>> has_permission = False
>>> id(has_permission)
4342432552

Trong ví dụ này, bạn đã không thay đổi giá trị của has_permissiontừ Truethành False. Bạn thực sự đã chỉ định lại has_permission, hiện đề cập đến một đối tượng khác với danh tính khác.

Mã này hoạt động như thế này vì các phép gán liên tiếp cho một biến làm cho biến đó tham chiếu đến các đối tượng hoàn toàn khác nhau mỗi lần thay vì thay đổi đối tượng tại chỗ. Lưu ý rằng hành vi này không phụ thuộc vào khả năng thay đổi của đối tượng mà phụ thuộc vào cách thức hoạt động của các phép gán trong Python.

>>> greeting_str = "Hello, World!"
>>> type(greeting_str)
<class 'str'>

>>> greeting_bytes = b"Hello, World!"
>>> type(greeting_bytes)
<class 'bytes'>

>>> bytes("Español".encode("utf-8"))
b'Espa\xc3\xb1ol'

>>> greeting_bytes = b"Hello, World!"
>>> greeting_bytes[0] = "h"
Traceback (most recent call last):
    ...
TypeError: 'bytes' object does not support item assignment