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Java的深拷贝与浅拷贝

Java的深拷贝与浅拷贝

作者: 野梦M | 来源:发表于2017-11-21 14:05 被阅读48次

    基本知识

    Java在运行时的内存使用分两块:栈内存与堆内存。

    只就变量而言,栈内存上分配一些基本类型的变量(如int、boolean)与对象的引用,而堆内存分配给真正的对象本身以及数组等,堆内存上的数据由栈内存上的相应变量引用,相当于栈中存储着堆内存中实际对象或数组的标记或别名(实际上是堆内存变量首地址)。

    什么是拷贝

    将对象复制出一份的行为称为对象的拷贝。

    一般来说,拷贝出的对象需要满足以下三点:

    x.clone() != x

    x.clone().getClass() == x.getClass()

    x.clone().equals(x)

    首先定义三个类。

    PersonalInfo.java

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    publicclassPersonalInfoimplementsCloneable{

    @Override

    protectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{

    returnsuper.clone();

    }

    }

    Manager.java

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    publicclassManagerimplementsCloneable{

    privatePersonalInfo personalInfo;

    /* 省略 constructor 与 accessors */

    @Override

    protectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{

    returnsuper.clone();

    }

    }

    Department.java

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    publicclassDepartmentimplementsCloneable{

    privateintempCount;

    privateManager manager;

    /* 省略 constructor 与 accessors */

    @Override

    protectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{

    returnsuper.clone();

    }

    }

    当需要被克隆的对象的类没有实现Cloneable接口而被调用clone方法时,就会抛出CloneNotSupportedException。

    再在Main类中编写测试用的断言,本文将面向测试一步一步地实现最终的彻底深拷贝

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    Department dep0 =newDepartment(100,newManager(newPersonalInfo()));

    Department dep1;

    // do something here

    /* 是浅拷贝 */

    assertdep0 != dep1;

    /* 是深拷贝 */

    assertdep0.getManager() != dep1.getManager();

    /* 是彻底深拷贝 */

    assertdep0.getManager().getPersonalInfo() != dep1.getManager().getPersonalInfo();

    为了使断言机制工作,我们在运行/调试配置中传入VM参数-enableassertions。

    主要有两种约定俗成的形式来实现拷贝,本文选择clone()。

    clone方法

    Object.class

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    // ...

    protectednativeObjectclone()throwsCloneNotSupportedException;

    // ...

    protected表示该方法只能在本身、本包以及子类中使用。

    new关键字

    这种方式与重写clone()大同小异,唯一不同的是new关键字直接开辟了新对象,继而只需要完成相应字段的拷贝工作。

    传引用

    在学习编写Java代码的过程中,最常见的问题就是String的“相等”,以此为思路,首先尝试:

    1dep1 = dep0;

    断言失败在assert dep0 != dep1;,说明dep0和dep1根本就是引用了堆上的同一个对象,拷贝也就更无从谈起了。

    同一引用

    浅拷贝

    在没有显式重写Department类的clone方法时,尝试:

    1dep1 = (Department) dep0.clone();

    断言失败在assert dep0.getManager() != dep1.getManager();,说明dep0和dep1已经不是同一个对象引用,至此实现了浅拷贝的要求。

    但是同时发现,dep0/dep1中持有了同一个对象manager的引用,因此很遗憾,无法通过深拷贝的断言。

    浅拷贝

    深拷贝

    这里提一下String类在拷贝中的特殊性,String属于非基本类型,且其一旦声明就不再可变。在传递引用给另一个String对象后,改变该对象的值就相当于将引用指向另一个不可变的String对象,同时原对象的引用与值保持不变。因此在实际拷贝操作中不需要考虑String,在比对值时只需要注意使用equals()即可。

    实现深拷贝我们需要修改Department类的clone方法:

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    // ...

    @Override

    protectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{

    Department department = (Department)super.clone();

    department.manager = (Manager) manager.clone();

    returndepartment;

    }

    // ...

    断言失败在assert dep0.getManager().getPersonalInfo() != dep1.getManager().getPersonalInfo();,说明我们已经实现了针对Department的深拷贝

    但是断言的失败说明了我们的深拷贝并非彻底,彻底的深拷贝应该递归地克隆对象中的所有引用。

    非彻底的深拷贝

    彻底的深拷贝

    同理,修改Manager类的clone方法:

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    // ...

    @Override

    protectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{

    Manager manager = (Manager)super.clone();

    manager.personalInfo = (PersonalInfo) personalInfo.clone();

    returnmanager;

    }

    // ...

    再次运行,通过了所有断言,至此实现了递归式的彻底深拷贝

    彻底的深拷贝

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