9.7 ミュータブルなオブジェクトをコピーする — copy

Pythonでリストや辞書などの「ミュータブル（変更可能）なオブジェクト」を扱う際、初心者が必ずと言っていいほど直面するバグがあります。それは、「コピーしたつもりのデータを変更したら、元のデータまで書き換わってしまった」という現象です。

これはPythonの変数代入が「値のコピーではなく、参照（メモリ上の場所）の共有」を行っているために発生します。

本記事では、「9.7 ミュータブルなオブジェクトをコピーする」として、この罠を回避し、データを安全に複製するための copy モジュールの使い方を解説します。

1. 罠の正体：単純な代入（ = ）はコピーではない

まずは、なぜ copy モジュールが必要なのかを確認しましょう。

# 元のリスト
original_list = [1, 2, 3]

# 単純な代入でコピーした「つもり」
copied_list = original_list

# コピー先を変更してみる
copied_list[0] = 99

# 結果の確認
print("copied:", copied_list)    # [99, 2, 3]
print("original:", original_list) # [99, 2, 3] <- 元のリストまで変わっている！

copied_list = original_list という処理は、データそのものを複製しているわけではありません。「同じデータが入っている箱に、もう一つ別の名前（タグ）を付けただけ」です。そのため、どちらの名前から変更を加えても、中身のデータは共通して変更されてしまいます。

2. 浅いコピー（Shallow Copy）：copy.copy()

一番外側のリスト（コンテナ）だけを新しく作り直したい場合は、copy モジュールの copy() 関数を使用します。これを「浅いコピー」と呼びます。 （※ リスト型の場合は list.copy() メソッドや、スライス [:] を使っても浅いコピーになります）

import copy

original_list = [1, 2, 3]

# 浅いコピーを実行
shallow_copied = copy.copy(original_list)

# コピー先を変更
shallow_copied[0] = 99

print("copied:", shallow_copied)    # [99, 2, 3]
print("original:", original_list)   # [1, 2, 3] <- 元のリストは安全！

これで解決したように見えますが、実は「浅いコピー」には弱点があります。リストの中にさらにリストが含まれている（ネストされている）場合、内側のリストは依然として「参照が共有されたまま」になるのです。

浅いコピーの弱点

import copy

# リストの中にリストが入っている（ネスト構造）
original_nested = [1, 2, ['A', 'B']]

shallow_copied = copy.copy(original_nested)

# 一番外側の要素を変更 -> 元データに影響なし
shallow_copied[0] = 99

# 内側のリストの要素を変更 -> 元データも変わってしまう！
shallow_copied[2][0] = 'Z'

print("copied:", shallow_copied)    # [99, 2, ['Z', 'B']]
print("original:", original_nested) # [1, 2, ['Z', 'B']] <- 内側が変わってしまった！

3. 深いコピー（Deep Copy）：copy.deepcopy()

ネストされた複雑なデータ構造（リストの中のリストや、辞書の中の辞書など）を、すべて完全に独立した別のデータとして複製したい場合は、deepcopy() を使用します。これを「深いコピー」と呼びます。

import copy

original_nested = [1, 2, ['A', 'B']]

# 深いコピーを実行
deep_copied = copy.deepcopy(original_nested)

# 内側のリストの要素を変更
deep_copied[2][0] = 'Z'

print("copied:", deep_copied)       # [1, 2, ['Z', 'B']]
print("original:", original_nested) # [1, 2, ['A', 'B']] <- 完全に安全！

deepcopy() は、データ構造を再帰的に（一番深いところまで）たどり、すべて新しいオブジェクトとしてメモリ上に作り直してくれます。

4. まとめ：どのように使い分けるべきか？

• 単純な代入 (=): 単純に変数名に別名（エイリアス）を付けたい場合のみ。
• 浅いコピー (copy()): 1次元のリストや辞書（中にリストなどを含まない）を複製したい場合。処理が速く、メモリ消費も少ない。
• 深いコピー (deepcopy()): JSONデータのような、何重にもネストされた複雑なデータ構造を完全に独立して複製したい場合。処理は少し重くなりますが、予期せぬバグを完全に防げます。

データの構造（ネストの有無）を把握し、適切なコピー手法を選択することが、バグのない堅牢なコードを書く秘訣です。