Python の copy とは

Python の copy モジュールには copy()（浅いコピー）と deepcopy()（深いコピー）の 2 つの関数があり、どちらもオブジェクトを複製するときに使います。
copy モジュールを import することで利用できます。

今回は Python でオブジェクトをコピーする方法と、copy と deepcopy の違いを解説します。
オブジェクトの構造（入れ子の有無）によってはうまくコピーできないこともあるので、こちらについても解説しています。

copy 関数の基本的な記述方法は下記の通りです。

import copy

test1 = copy.copy(test)   # 浅いコピー
test2 = copy.deepcopy(test)  # 深いコピー

list 型など一部の組み込み型では、以下のように 型が持つ組み込みメソッド でも浅いコピーが可能です。これらは copy.copy() と等価な結果になります。

test1 = test.copy()  # list.copy()
test1 = list(test)   # 型のコンストラクタ
test1 = test[:]      # スライス

注意：list には deepcopy メソッドはありません。深いコピーを行うには copy.deepcopy() を使う必要があります。

Python で copy を使う際には、ミュータブル／イミュータブルといったオブジェクトの性質と、「代入」がどのように動くかを理解しておく必要があります。

オブジェクトのミュータブルとイミュータブル

Python のオブジェクトは、生成後にその場で変更できる ミュータブル なオブジェクトと、変更できない イミュータブル なオブジェクトに分けられます。

ここで押さえておきたいのは、Python では 変数への代入は「同じオブジェクトを新しい名前で束縛する」だけ ということです。ミュータブル・イミュータブルにかかわらず、代入直後は id() が一致します。違いは「その後に値を変えたとき」の挙動です。

ミュータブルの場合

test1 = ['a', 'b', 'c']
test2 = test1              # 同じ list を test1, test2 の 2 名前で束縛

test1.append('d')          # その場で変更（in-place）

print(test1)  # ['a', 'b', 'c', 'd']
print(test2)  # ['a', 'b', 'c', 'd']  ← test2 も影響を受ける

print(id(test1))  # 例: 22668883604800
print(id(test2))  # 例: 22668883604800  同一

list はミュータブルなので、append() のように「その場で」中身を書き換えられます。両方の名前が同じオブジェクトを指しているため、片方から見た変更がもう一方にも見えます。

イミュータブルの場合

test1 = 10
test2 = test1

print(id(test1))  # 例: 9801536
print(id(test2))  # 例: 9801536  同一

test1 = 0  # 「10 を 0 に変更」ではなく「test1 という名前を別のオブジェクト 0 に付け替える」

print(test1)      # 0
print(test2)      # 10  ← 影響を受けない
print(id(test1))  # 例: 9801216
print(id(test2))  # 例: 9801536  変わらない

int はイミュータブルなので、test1 の値を「変える」ことはできません。代わりに test1 という名前を別のオブジェクト 0 に付け替えているだけです。test2 は元の 10 を指したままなので、影響を受けません。

代入とコピーは別物

「Python は参照渡し？値渡し？」という質問を耳にすることがありますが、Python の代入・引数渡しは「call by object reference（オブジェクト参照渡し）」あるいは「call by sharing」と呼ばれる方式で、C++ の参照渡しでも値渡しでもありません。
ポイントはただひとつ：「代入はオブジェクトをコピーしない」。オブジェクトを独立したコピーとして複製したいなら copy.copy() や copy.deepcopy() を使う必要があります。

copy の使い方（浅いコピー）

実際に浅いコピーで別オブジェクトを作る例です。

import copy

test = ['apple', 'orange']

test1 = copy.copy(test)   # あるいは test.copy() / test[:] / list(test)

test.append('peach')

print(test)       # ['apple', 'orange', 'peach']
print(id(test))   # 例: 22789604275520
print(test1)      # ['apple', 'orange']
print(id(test1))  # 例: 22789603397056  異なる

copy.copy() でコピーしたオブジェクトはオブジェクト ID が異なり、それぞれ独立したオブジェクトになっています。
元の test に append() で値を追加しても、test1 は影響を受けません。

copy と deepcopy の違い

copy.copy() は「一番外側のコンテナだけ」を新しく作ります。中に入っている要素は元のオブジェクトと共有されるため、入れ子構造（list の中に list を入れる、dict の中に list を入れる等）の場合は完全にコピーできません。
copy.deepcopy() は再帰的にコピーするため、中身まで完全に独立させられます。循環参照が含まれていても内部で検出して処理してくれます。

2 次元リストで違いを見てみましょう。

copy.copy の場合

import copy

test = [['a', 'b'], ['c', 'd']]

test1 = copy.copy(test)

test[1].append('e')  # 内側のリストを書き換え

print(test)       # [['a', 'b'], ['c', 'd', 'e']]
print(id(test))   # 例: 23037493484800
print(test1)      # [['a', 'b'], ['c', 'd', 'e']]  ← 影響を受けている
print(id(test1))  # 例: 23037493484864  外側は別

外側のリストは別のオブジェクトになっていますが、内側のリストは共有されたままなので、test[1].append('e') が test1 にも反映されています。

copy.deepcopy の場合

import copy

test = [['a', 'b'], ['c', 'd']]

test1 = copy.deepcopy(test)

test[1].append('e')

print(test)       # [['a', 'b'], ['c', 'd', 'e']]
print(id(test))   # 例: 22764581496320
print(test1)      # [['a', 'b'], ['c', 'd']]  ← 影響なし
print(id(test1))  # 例: 22764581495680  外側も内側も別

deepcopy なら内側のリストまで独立しているので、元の変更は反映されません。

その他の話題

独自クラスのコピー挙動をカスタマイズする

クラスに __copy__ / __deepcopy__ メソッドを実装すると、copy.copy() / copy.deepcopy() の挙動を自分でコントロールできます。DB コネクションのような「コピーすべきでない属性」を持つクラスで有用です。

dataclass のコピー

dataclasses.replace(obj, field=value) は「一部のフィールドだけ差し替えた新しいインスタンス」を返す便利関数です。関数型スタイルでイミュータブルなデータ更新をしたいときに使えます。

deepcopy のコスト

deepcopy は再帰的にオブジェクトを辿るためコストが高くなりがちです。大きなデータ構造を頻繁にコピーする場面では、pickle 経由のコピー、専用の変換関数、あるいは不変データ構造の採用など、別のアプローチも検討しましょう。

まとめ

オブジェクトをコピーしたいときは、入れ子構造の有無 によって copy と deepcopy を使い分けましょう。

• 入れ子が無い（要素がすべてイミュータブル、あるいは共有されても構わない）：copy.copy()（または list.copy() などの型メソッド）で十分。
• 入れ子構造があり、内側まで独立させたい：copy.deepcopy()。

また、Python の「代入」と「コピー」を混同しないことが最重要ポイントです。代入では新しいオブジェクトは作られません。ミュータブルなオブジェクトを扱うときはとくに、意図しない共有によるバグを避けるため copy モジュールを積極的に活用してください。