NumPy数组是通过引用传递的吗？

Question

我注意到在多个地方numpy数组是通过引用传递的，但是当我执行以下代码时，为什么foo和bar的行为会有所不同？

import numpy as np

def foo(arr):
   arr = arr - 3

def bar(arr):
   arr -= 3

a = np.array([3, 4, 5])
foo(a)
print a # prints [3, 4, 5]

bar(a)
print a # prints [0, 1, 2]

我正在使用Python 2.7和NumPy版本1.6.1。

- nisah

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相关：https://dev59.com/PWox5IYBdhLWcg3wq2IC - Fred Foo

Python 中所谓的“引用”与传递引用并没有任何关系，这就是为什么。 - user395760

Answer 1

在Python中，所有变量名都是值的引用。

当Python执行赋值操作时，右侧先被计算，然后才是左侧。 arr - 3会创建一个新的数组；它不会就地修改arr。

arr = arr - 3会使本地变量arr引用这个新数组。它不会修改最初由arr传递给foo的引用值。变量名arr只是绑定到新数组arr - 3。此外，arr是foo函数作用域内的局部变量名。一旦foo函数完成，就没有对arr的引用了，Python可以自由地回收它所引用的值。正如Reti43指出的那样,为了使arr的值影响a，foo必须返回arr并将a分配给该值：

def foo(arr):
    arr = arr - 3
    return arr
    # or simply combine both lines into `return arr - 3`

a = foo(a)

相比之下，Python将arr -= 3转换为调用__iadd__特殊方法，会就地修改arr所引用的数组。

- unutbu

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因此，为了使 foo() 产生效果，它需要返回 arr，并且在代码中运行它时使用 a = foo(a)。 - Reti43

等等，Python中的对象在函数中是按引用传递的吗？ - jlcv

Python既不是传递引用也不是传递值。有些人称之为“对象调用”。请参阅文档中的脚注。由于这个术语并不是很常见，因此描述和命名它是重要且必要的。 - unutbu

参见如何编写具有输出参数的函数（按引用调用）？，以及关于共享调用的更多信息。 - unutbu

Answer 2

Python通过引用传递数组：

$:python
...python startup message

>>> import numpy as np
>>> x = np.zeros((2,2))
>>> x
array([[0.,0.],[0.,0.]])
>>> def setx(x):
...    x[0,0] = 1
...
>>> setx(x)
>>> x
array([[1.,0.],[0.,0.]])

顶级答案提到的现象即使在编译后的 c 代码中也会发生，因为任何 BLAS（Basic Linear Algebra Subprograms）事件都将涉及“读取”步骤，在此步骤中，要么形成一个新数组，用户（本例中的代码编写者）知道这一点，要么形成一个在临时变量中“隐藏”的新数组，用户并不知道这一点（您可能会看到这样的 .eval() 调用）。

然而，我可以清楚地访问数组的内存，就像它在比调用函数更全局的作用域中一样（例如 setx(...)），这正是“按引用传递”在编写代码方面的意义。

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接下来，我们进行几个测试以检查所接受答案的有效性：

(continuing the session above)
>>> def minus2(x):
...    x[:,:] -= 2
...
>>> minus2(x)
>>> x
array([[-1.,-2.],[-2.,-2.]])

似乎是按引用传递。让我们进行一项计算，它肯定会在幕后计算出一个中间数组，并查看x是否像按引用传递一样被修改：

>>> def pow2(x):
...    x = x * x
...
>>> pow2(x)
>>> x
array([[-1.,-2.],[-2.,-2.]])

哦，我以为 x 是按引用传递的，但也许不是？-- 不是的，在这里，我们使用全新的声明遮蔽了 x（在 Python 中通过解释隐藏），Python 不会将此“遮蔽”传播回全局范围（这会违反 Python 的使用情况：即成为一种初学者级别的编程语言，但仍可被专家有效地使用）。

然而，我可以很容易地通过强制修改内存（当我将 x 提交给函数时不会复制）来以“按引用传递”的方式执行此操作：

>>> def refpow2(x):
...    x *= x
...
>>> refpow2(x)
>>> x
array([[1., 4.],[4., 4.]])

所以你可以看到，Python可以进行一些微调来实现你想要的功能。

- Chris

Answer 3

第一个函数计算了(arr - 3)，然后将本地名称arr分配给它，这不会影响传入的数组数据。我猜在第二个函数中，np.array覆盖了-=运算符，并在原地操作了数组数据。

- fferen