Pythonの変数、ふだん何気なく使っていますが、やっていることは実は結構複雑です。主にC/C++と対比しつつ簡単にまとめてみます。

実際のところ、よく知らなくてもあまり影響がない場合が殆どです。が、複雑な操作を行ったり何か変数の挙動が不審な場合などは、思い出してみるのもよさそうです。

変数は参照である

一言でいえば表題の通り。 Pythonでの変数への代入とは、変数の参照するメモリ（インスタンス）を切り替えることであり、メモリの内容を書き換えることではない。これが多くの言語（C/C++など）と大きく違うところです。

変数の代入(1)

例えばこんなコード。

# Python3
a = 0
a = 1
print(a)  # 1を出力

C++で書き換えると、

// C++
int a = 0;
a = 1;
cout << a << endl;  // 1を出力

なのか？？ （#include\とかint main(void){...}とかは全部省略。）

実は違うのです。
C++の方ではaで表されるメモリ領域を一つ確保し、そこにまず0をセット、次に1を、同じメモリ領域を書き換えてセットしています。

Pythonの方はそうではありません。まず0の値を持つメモリ領域を確保し、変数aがそこを指すようにします。次に1の値を持つ別のメモリ領域を確保し、変数aがそこを指すように切り替えます。

C++で無理矢理それっぽいものを書くと、

// C++
int *a = new int(0);
a = new int(1);
cout << *a << endl;  // 1を出力

のようになります。
（C++に参照定数はあるが参照変数がないため、ポインタで書いた。）

実はこのC++コード、2行目で確保したint(0)メモリを3行目のint(1)代入時に放棄していて、メモリリークが起こっています。C++では、これを処理（メモリ解放）するためのコードを本当は書き加えないといけません。
しかし、Pythonではそれをガベージコレクタという仕組みが勝手に代行してくれます。逆にこれがないと、Pythonではメモリリークが頻繁に起こって大変なことになります。

変数の代入(2)

問題です。次のコードは何を出力するでしょうか。

# Python3
a = 0
b = a
a = 1
print(b)  # 何が出る？

答えは「0」です。
C++で書いた似たようなコード、

// C++
int a = 0;
int b = a;
a = 1;
cout << b << endl;  // 出力は「0」

も結果は同じなのですが、内部動作は全く異なります。Pythonでの変数代入は参照の切り替えであることがやはりポイントです。

一方で、過程は違えどPythonもC++も結果は変わりません。気にしなくても大抵はうまくいく、というのも大事なところです(笑)。

関数引数はすべて参照渡し

「変数が全て参照」であることから、関数引数もまた参照渡しとなります。C/C++のデフォルトである値渡しと異なり、メモリのコピーなどは行われません。

では再び問題。次のコードは何を出力するでしょう？

# Python3
def func(x):
    x = 1

a = 0
func(a)
print(a)
# ここまで。このprint()は何を出力するか？0？1？

「参照渡し」を知っている人ほど、「1」と答えたくなりそうですが、、

答えは「0」です。何故か？
func(a)を呼び出した時点では、aとxの指すメモリは同じ0ですが、x = 1でxの指すメモリは別に確保された1に切り替わります。aおよび、aの指す0には何の変化も無いのです。このあたりは前項の問題とほとんど同じです。

「変数への代入」ではない場合

例えばこんなとき。

# Python3
a = [0, 1]
b = a
a[0] = 2
print(b)  # 出力は[2,1]

3行目でbとaは同じリストを参照するようになります。4行目では、そのリスト（これも参照の列みたいなもの）の最初の成分を、0でなく2のメモリを参照するように切り替えます。全体として見ればaとbが同じリストを参照していることに変わりはないので、この変更はbにも反映されています。

これは、前項の関数引数で若干の問題を引き起こします。
次のコード、前項で見たものにそっくりですが、、、

# Python3
def func2(x):
    x[0] = 1

a = [0]
func2(a)
print(a[0])

前項とは違い、この出力は「1」です。
関数が呼び出されるとaとxの指すリストは一貫して同じで、その一部が書き換えられるからです。これはリストでなくnumpy配列の場合もほぼ同じです。

まとめ

以上見てきたように、Pythonの変数は全て参照、関数引数は全て参照渡しです。これらが組み合わさると、結果的に全てを値渡しにした場合（C/C++）と殆ど違いが見えなくなり、あまり意識することなくプログラムを書けるようになっています。

しかし、リストや配列（や、もっと複雑なクラスオブジェクトなど）のように部分的に書き換え可能なものを扱う場合などには、この違いはかなり重要になってきます。怪しいと思ったら、各変数が何を参照しているか、互いに同じか違うかなどを、その都度考えてみてください。

ひとまず今回はここまで。おしまい。 ※画像は公式のものです。