Objective-C中copy与mutableCopy问题

作者: TonyGor | 来源:发表于2019-08-03 00:58 被阅读0次

先说下概念，我们对变量的复制，其实就是在写代码的过程中，再定义多几个不同名字的变量，让他们都“等于”某一个变量，这个过程我认为就是我们平常说的“复制”。

基本数据类型

对于基本数据类型，如int，double，BOOL这些，在赋值的过程中就是真正意义上的复制了，赋值时不仅把值传递到新的变量中，而且新的变量也 重新开辟了内存 ，使得原来的变量和后来的变量所指的不是同一块内存，就如同现实中真的复制（克隆）了一个新的一模一样个体一样。于是，我们把这种有 新开辟内存 的复制，暂且先叫做 深复制（深复制也有分两种，后面会说到）。

实验代码：

    int a = 0;
    int b = a;
    JMPLog(&a);
    JMPLog(&b);

运行结果：

0x7ffee662c1dc
0x7ffee662c1d8

结论1：所有基本数据类型的复制，都是深复制

非集合类型对象

所谓非集合类型对象，比较常用的就是NSString，下面就以NSString作为例子，说明copy和mutableCopy之间的区别，并与深复制浅复制进行联系。
首先展示一个错误的示范，网上有很多关于copy和mutableCopy的文章，里面举了这么一个例子：

    NSString *str1 = @"str1";
    NSString *str2 = [str1 copy];
    
    str1 = @"asdf";

    NSLog(@"\nstr1 = %@ str1P = %p \n str2 = %@ str2P = %p", str1, str1, str2, str2);

    /*输出结果,修改str2 同理
       str1 = asdf str1P = 0x10776b1a0
       str2 = str1 str2P = 0x10776b180
     */

然后就说，因为str2 = str1的时候，两个字符串都是不可变的，指向的同一块内存空间中的 @"str1",是不可能变成@"abcd"的。所以这个时候，为了优化性能，系统没必要另外提供内存，只生成另外一个指针，指向同一块内存空间就行。
但是当你从新给 str1 或者str2赋值的时候，因为之前的内容不可变，还有互不影响的原则下，这个时候，系统会从新开辟一块内存空间。

上面的解释和代码有个很严重的问题，当执行str1 = @"asdf";这行代码的时候其实str1的指针已经指向了新的字符串@“asdf”身上了，所以这并不能很好的说明深浅复制的问题。

言归正传，我们先讨论对于不可变的非集合类型对象（这里用NSString作为例子），当发送copy和mutableCopy消息后，新的对象的内存情况。

实验代码：

    NSString *strA = @"strA";
    NSString *strB = [strA copy];
    NSString *strC = [strA mutableCopy];
    NSLog(@"Value -- strA: %@, strB: %@, strC: %@", strA, strB, strC);
    NSLog(@"Pointer -- strA: %p, strB: %p, strC: %p", &strA, &strB, &strC);
    NSLog(@"Pointer of value -- strA: %p, strB: %p, strC: %p", strA, strB, strC);

运行结果：

Value -- strA: strA, strB: strA, strC: strA
Pointer -- strA: 0x7ffee3adf1d8, strB: 0x7ffee3adf1d0, strC: 0x7ffee3adf1c8
Pointer of value -- strA: 0x10c124800, strB: 0x10c124800, strC: 0x6000009e0a80

结果分析：

可以看出，三个字符串的内容都是一样的，达到了我们对“复制”这个概念的目的。但是，字符串B和C是不是做到真正意义上的复制呢？我们要看B，C变量所指向的内存地址（Pointer of value），结果显示B的地址与A的地址一致（0x1039f0800），而C的地址则与A的不同（A: 0x1039f0800, C: 0x6000021f4450），所以只有C才是真正意义上的复制，也就是我们上面提到的 深复制 ，而像字符串B这种 只是把指针指向同一块内存地址，而实现对应内容“复制” 的做法，我们称之为 浅复制。
观察三个字符串变量本身的地址（注意不是字符串所指向的地址），发现三个是不同的，也就是说上述行为是新建了三个指针（指针本身也占有内存），然后A，B指向的是同一块地址，C则指向另一块新的地址，这些内存地址的内容都是@“strA”。
就目前来看，我们暂时可以得出的结论是，copy的作用仅仅是把指针指向同一块内存地址，是浅复制，那么如果有其他手段能够改变该段内存的内容，那么用copy消息返回的对象的值（所指内存的内容）也会跟着原本被“复制”的对象而改变。而mutableCopy的作用则会新开辟一段内存，让对象指向该段内存，从而实现复制，如果被复制的对象内容改变，新对象的内容并不会跟着改变（由于指向的不是同一段内存）。

接下来再讨论可变非集合类型的对象（这里用NSMutableString作为例子），先上代码

实验代码：

    NSMutableString *strA = [NSMutableString stringWithFormat:@"strA"];
    NSString *copyStr = [strA copy];
    NSString *copyStr2 = [strA copy];
    NSMutableString *copyMStr = [strA copy];
    NSMutableString *copyMStr2 = [strA copy];
    NSString *mutableCopyStr = [strA mutableCopy];
    NSString *mutableCopyStr2 = [strA mutableCopy];
    NSMutableString *mutableCopyMStr = [strA mutableCopy];
    NSMutableString *mutableCopyMStr2 = [strA mutableCopy];
    
    NSLog(@"strA -- %p &strA -- %p", strA, &strA);
    NSLog(@"copyStr -- %p &copyStr -- %p", copyStr, &copyStr);
    NSLog(@"copyStr2 -- %p &copyStr2 -- %p", copyStr2, &copyStr2);
    NSLog(@"copyMStr -- %p &copyMStr -- %p", copyMStr, &copyMStr);
    NSLog(@"copyMStr2 -- %p &copyMStr2 -- %p", copyMStr2, &copyMStr2);
    NSLog(@"mutableCopyStr -- %p &mutableCopyStr -- %p", mutableCopyStr, &mutableCopyStr);
    NSLog(@"mutableCopyStr2 -- %p &mutableCopyStr2 -- %p", mutableCopyStr2, &mutableCopyStr2);
    NSLog(@"mutableCopyMStr -- %p &mutableCopyMStr -- %p", mutableCopyMStr, &mutableCopyMStr);
    NSLog(@"mutableCopyMStr2 -- %p &mutableCopyMStr2 -- %p", mutableCopyMStr2, &mutableCopyMStr2);

运行结果：

strA -- 0x600001c093e0 &strA -- 0x7ffeebd531d8
copyStr -- 0xd4d03e2a99e5492a &copyStr -- 0x7ffeebd531d0
copyStr2 -- 0xd4d03e2a99e5492a &copyStr2 -- 0x7ffeebd531c8
copyMStr -- 0xd4d03e2a99e5492a &copyMStr -- 0x7ffeebd531c0
copyMStr2 -- 0xd4d03e2a99e5492a &copyMStr2 -- 0x7ffeebd531b8
mutableCopyStr -- 0x600001c08930 &mutableCopyStr -- 0x7ffeebd531b0
mutableCopyStr2 -- 0x600001c08a50 &mutableCopyStr2 -- 0x7ffeebd531a8
mutableCopyMStr -- 0x600001c08f30 &mutableCopyMStr -- 0x7ffeebd531a0
mutableCopyMStr2 -- 0x600001c09290 &mutableCopyMStr2 -- 0x7ffeebd53198

结果分析：

同样，观察每个指针自身的地址各不相同，说明也是生成了各个不同的指针，符合逻辑。观察使用copy消息的4个变量，发现无论是NSString还是NSMutableString，只要是copy消息返回的都是与原字符串A不同指向的地址。但是返回的这些指针，都是指向同一块新的内存地址（0xd4d03e2a99e5492a）。当字符串A是可变字符串，copy消息返回了新的对象，开辟了新的内存，这些对象都会指向新开辟的这一段内存。根据前面描述的，这种复制应该是深复制，这与上一个例子的非可变类型有所区别。
对于mutableCopy，与copy的情况有类似的地方，都是返回的是与原字符串A不同指向的地址。不同的是，这些指针指向的却是不是同一块内存地址，无论我们定义的是NSString或者是NSMutableString，每个新的对象都是指向一块全新的地址。不过我们目前只考虑是否开辟了新的内存，所以这种情况也是认为是深复制。

结论2：

-	非可变非集合类型	可变非集合类型
copy	浅复制	深复制
mutableCopy	深复制	深复制

集合类型对象

集合类型对象应该是我们开发过程中最常用到的结构之一，比如NSArray，NSDictionary等。那么对于集合类型的对象，我们向他们发送copy和mutableCopy消息时，又会产生何种效果？
首先还是讨论不可变的情况，这里以NSDictionary作为例子（选择字典作为例子是想更全面的研究字典中的Key和Value出现的情况是否相同，数组则体现不出这个效果）。

实验代码：

    NSDictionary *aDic = @{@"aaa": @"111"};
    
    NSDictionary *copyDic = [aDic copy];
    NSDictionary *copyDic2 = [aDic copy];
    NSMutableDictionary *copyMDic = [aDic copy];
    NSMutableDictionary *copyMDic2 = [aDic copy];
    
    NSDictionary *mutableCopyDic = [aDic mutableCopy];
    NSDictionary *mutableCopyDic2 = [aDic mutableCopy];
    NSMutableDictionary *mutableCopyMDic = [aDic mutableCopy];
    NSMutableDictionary *mutableCopyMDic2 = [aDic mutableCopy];

    NSLog(@"aDic -- %p aDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", aDic, aDic[@"aaa"], [[aDic allKeys] firstObject]);
    
    NSLog(@"copyDic -- %p copyDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyDic, copyDic[@"aaa"], [[copyDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyDic2 -- %p copyDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyDic2, copyDic2[@"aaa"], [[copyDic2 allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyMDic -- %p copyMDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyMDic, copyMDic[@"aaa"], [[copyMDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyMDic2 -- %p copyMDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyMDic2, copyMDic2[@"aaa"], [[copyMDic2 allKeys] firstObject]);
    
    NSLog(@"mutableCopyDic -- %p mutableCopyDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyDic, mutableCopyDic[@"aaa"], [[mutableCopyDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyDic2 -- %p mutableCopyDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyDic2, mutableCopyDic2[@"aaa"], [[mutableCopyDic2 allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyMDic -- %p mutableCopyMDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyMDic, mutableCopyMDic[@"aaa"], [[mutableCopyMDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyMDic2 -- %p mutableCopyMDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyMDic2, mutableCopyMDic2[@"aaa"], [[mutableCopyMDic2 allKeys] firstObject]);

运行结果：

aDic -- 0x6000027a1e00 aDic[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
copyDic -- 0x6000027a1e00 copyDic[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
copyDic2 -- 0x6000027a1e00 copyDic2[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
copyMDic -- 0x6000027a1e00 copyMDic[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
copyMDic2 -- 0x6000027a1e00 copyMDic2[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
mutableCopyDic -- 0x6000027a16e0 mutableCopyDic[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
mutableCopyDic2 -- 0x6000027a1d40 mutableCopyDic2[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
mutableCopyMDic -- 0x6000027a1920 mutableCopyMDic[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800
mutableCopyMDic2 -- 0x6000027a0ee0 mutableCopyMDic2[@"aaa"] -- 0x1042da820 key aaa -- 0x1042da800

结果分析：

情况和非集合类型相似，对于被复制的对象是不可变集合类型，当向对象发送copy消息时，无论新定义的对象是可变还是不可变的，返回的总是和原对象所指向的地址一样的地址，同时，字典里无论是key还是value都是和原对象是一致的。这还是比较符合认知，既然所有的指针都指向同一个地址，证明这里copy消息只是做了一个浅复制，既然是浅复制，本质上并没有真正“复制”一个新的对象出来（没有开辟新的内存地址），而是只是简单地把新的对象指向了原来对象的地址，所以没有新的字典和内容生成，故所有地址都是一致的。
当向对象发送mutableCopy消息时，无论新定义的对象是可变还是不可变的，返回的总是一段全新的内存，指向全新的地址，不过有趣的是，字典里的key和value也是像前面copy的情况一样，都是和原对象是一致。这就有点奇妙了，讨论到现在，对于复制我们讨论到的就两种复制，浅复制和深复制，区分它们的方法就是看是否有开辟新的内存，但现在的情况是，mutableCopy确实是返回了新开辟内存的新的字典对象，但字典里面的内容却和原对象的是指向同一块地址，也就是说如果通过某些手段改变了这些地址的值，所有这些新的字典对象的key和value也会随之改变。这还是跟我们理解中的复制有点区别。所以这里回应到一开始提到的深复制也有两种情况，一种是单单给对象开辟新的内存，另一种是 不仅给新的对象开辟内存，而且会对其里面包含的内容开辟新的地址，彻底复制一份全新的独立的拷贝 ，我们把后者这种深复制叫做 两层深复制 （two-layer-copy），同时为了区分，现在我们把第一种的深复制叫做 单层深复制。

接下来把可变集合类型也测试一下。

实验代码

    NSMutableDictionary *aDic = [NSMutableDictionary dictionaryWithCapacity:10];
    [aDic setObject:@"111" forKey:@"aaa"];
    
    NSDictionary *copyDic = [aDic copy];
    NSDictionary *copyDic2 = [aDic copy];
    NSMutableDictionary *copyMDic = [aDic copy];
    NSMutableDictionary *copyMDic2 = [aDic copy];
    
    NSDictionary *mutableCopyDic = [aDic mutableCopy];
    NSDictionary *mutableCopyDic2 = [aDic mutableCopy];
    NSMutableDictionary *mutableCopyMDic = [aDic mutableCopy];
    NSMutableDictionary *mutableCopyMDic2 = [aDic mutableCopy];
    
    NSLog(@"aDic -- %p aDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", aDic, aDic[@"aaa"], [[aDic allKeys] firstObject]);
    
    NSLog(@"copyDic -- %p copyDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyDic, copyDic[@"aaa"], [[copyDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyDic2 -- %p copyDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyDic2, copyDic2[@"aaa"], [[copyDic2 allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyMDic -- %p copyMDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyMDic, copyMDic[@"aaa"], [[copyMDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"copyMDic2 -- %p copyMDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", copyMDic2, copyMDic2[@"aaa"], [[copyMDic2 allKeys] firstObject]);
    
    NSLog(@"mutableCopyDic -- %p mutableCopyDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyDic, mutableCopyDic[@"aaa"], [[mutableCopyDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyDic2 -- %p mutableCopyDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyDic2, mutableCopyDic2[@"aaa"], [[mutableCopyDic2 allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyMDic -- %p mutableCopyMDic[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyMDic, mutableCopyMDic[@"aaa"], [[mutableCopyMDic allKeys] firstObject]);
    NSLog(@"mutableCopyMDic2 -- %p mutableCopyMDic2[@\"aaa\"] -- %p key aaa -- %p", mutableCopyMDic2, mutableCopyMDic2[@"aaa"], [[mutableCopyMDic2 allKeys] firstObject]);

运行结果：

aDic -- 0x600002f53240 aDic[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
copyDic -- 0x600002f53220 copyDic[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
copyDic2 -- 0x600002f531a0 copyDic2[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
copyMDic -- 0x600002f52d20 copyMDic[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
copyMDic2 -- 0x600002f52f00 copyMDic2[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
mutableCopyDic -- 0x600002f52de0 mutableCopyDic[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
mutableCopyDic2 -- 0x600002f52d60 mutableCopyDic2[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
mutableCopyMDic -- 0x600002f52e00 mutableCopyMDic[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820
mutableCopyMDic2 -- 0x600002f52e60 mutableCopyMDic2[@"aaa"] -- 0x10709f800 key aaa -- 0x10709f820

结果分析：

情况有点出乎我预料，本来以为是跟非集合类型（NSString）类似，用copy消息返回的是一段新开辟的内存（深复制），所有4个指针都是指向那段新开的内存。但现实的情况确实每个对象各自指向了不同的新的内存，尽管都是深复制。而且这里提到的深复制，是我们上述的单层深复制，因为可以看出字典的Key和value都是跟原来的字典一样的。
同时，mutableCopy就和之前的完全一致了，每个对象都各自开辟了新的互不相同的内存，然而字典内容也还是和原字典的一致，同样也是单程深复制。

结论3：

-	不可变集合类型	可变集合类型
copy	浅复制	单层深复制
mutableCopy	单层深复制	单层深复制

彩蛋：在一开始的时候，我是把key和value都设置成@“aaa”，运行后发现key和value的地址都是一样的，这不就是浅复制吗？猜测系统这样的做法是为了节省内存吧？

最终结论

所以，我们可以得出:
对于不可变的非集合类对象进行 copy 操作，其内存地址并没有发生变化，属于浅复制；进行 mutableCopy 操作，内存地址发生了变化，深复制。

对于不可变的集合类对象进行 copy 操作，其内存地址并没有发生变化，属于浅复制；进行 mutableCopy 操作，内存地址发生了变化，但是其中的内容的内存地址并没有发生变化，属于单层深复制。

对于可变集合类对象，不管是进行 copy 操作还是 mutableCopy 操作，其内存地址都发生了变化，但是其中的元素内存地址都没有发生变化，属于单层深复制。

Objective-C中copy与mutableCopy问题

基本数据类型

结论1：所有基本数据类型的复制，都是深复制

非集合类型对象

结论2：

集合类型对象

结论3：

最终结论

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