pythonのリストの挙動について

Pythonで以下のようなリストをつくりました。

Python
1a =[[0,0,0] for n in range(4)]
2# a:[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
3
4b = [[0] * 3] * 4
5# b:[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

その後の処理とその結果が次のようになりました。

Python
1a[1][1] = 5
2# [[0, 0, 0], [0, 5, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
3
4b[1][1] = 5
5# [[0, 5, 0], [0, 5, 0], [0, 5, 0], [0, 5, 0]]

なぜ、こんなことになるのでしょう。
リストｂの場合も、リストaのような挙動を期待してしまうのですが、そうならない理由がわかりません。

行動規範の内容に同意します

回答2件

ベストアンサー

a =[[0,0,0] for n in range(4)]

を中間コードにデコンパイルすると、

  1           0 BUILD_LIST               0
              2 LOAD_FAST                0 (.0)
        >>    4 FOR_ITER                14 (to 20)
              6 STORE_FAST               1 (n)
              8 LOAD_CONST               0 (0)
             10 LOAD_CONST               0 (0)
             12 LOAD_CONST               0 (0)
             14 BUILD_LIST               3
             16 LIST_APPEND              2
             18 JUMP_ABSOLUTE            4
        >>   20 RETURN_VALUE

というようにBUILD_LISTがループによって計4回呼び出されています。
つまり、新しいリストが4つ作成されています。
一方、

b = [[0] * 3] * 4

を中間コードにデコンパイルすると

  1           0 LOAD_CONST               0 (0)
              2 BUILD_LIST               1
              4 LOAD_CONST               1 (3)
              6 BINARY_MULTIPLY
              8 BUILD_LIST               1
             10 LOAD_CONST               2 (4)
             12 BINARY_MULTIPLY
             14 STORE_NAME               0 (b)
             16 LOAD_CONST               3 (None)
             18 RETURN_VALUE

とBUILD_LIST は、[0]の作成と[0，0，0]の作成の2回しか呼び出されておらず、1回目になかった「BINARY_MULTIPLY」という命令が見受けられます。つまりキモは多分この「BINARY_MULTIPLY」でしょう。

pythonコンパイラのソースを探すと、ここを経由してここで定義されているようです。
ここからの中身の詳細は割愛しますが、引数の種類によって、PyNumberMethods.nb_multiply または PySequenceMethods.sq_repeat のいずれかが呼ばれるらしいです。

そして、リストオブジェクトの場合、PySequenceMethods.sq_repeatが呼ばれ、最終的にlist_repeat(PyListObject *a, Py_ssize_t n)(該当箇所)
が呼ばれているようです。
この中では、結局、与えられたリストへの同じ参照値が回数分だけコピーされています。

以上を総合すると、
1番目のリスト作成方法（a =[[0,0,0] for n in range(4)]）では、異なるリストオブジェクトを4つ作成している（すなわちそれぞれのリストオブジェクトの参照値も異なる）のに対して、
2番目の「*」演算子を使ったリストの作成（[[0] * 3] * 4）では、
左に置かれた[0] * 3によって作成された1つのリストオブジェクトに対する同一の参照値を繰り返してコピーしているだけなので、
b[1][1]に値を代入したときの結果が異なるものと推測されます。

下記コードのように、各場合の要素の参照値を検証すると、1番目の場合は参照値が異なりますが、2番目の場合は参照値が４つとも同一であることが確認できます。

a =[[0,0,0] for n in range(4)]

print(id(a[0]))
print(id(a[1]))
print(id(a[2]))
print(id(a[3]))

# 出力結果
>>> 2458168546376
>>> 2458176280200
>>> 2458176279624
>>> 2458169098184


b = [[0] * 3] * 4
print(id(b[0]))
print(id(b[1]))
print(id(b[2]))
print(id(b[3]))

# 出力結果
>>> 1720977937480
>>> 1720977937480
>>> 1720977937480
>>> 1720977937480

投稿2020/08/02 15:36

編集2020/08/02 16:44