Java的深拷贝和浅拷贝

Posted 2021-02-05 skiwnywh

    熟悉C++的朋友对这个话题应该很熟悉，浅拷贝就是指两个对象共同拥有同一个值，一个对象改变了该值，也会影响到另一个对象。深拷贝就是两个对象的值相等，但是互相独立。本来想把以前写的一篇文章扩充一下，没想到居然牵扯出很多复杂的问题。本文测试环境是windows xp sp3中文版、NetBeans6.7.1,JDK1.6-update16。这里抛砖引玉，希望大家能提宝贵意见。

    首先，Java中常用的拷贝操作有三个，operator = 、拷贝构造函数 和 clone()方法。由于Java不支持运算符重载，我们无法在自己的自定义类型中定义operator=。拷贝构造函数大家应该很熟悉，现在看一下如何支持clone方法：

1. 实现 Cloneable接口，因为 Object的 clone方法将检查类是否实现了 Cloneable接口，如果没有将抛出异常 CloneNotSupportedException对象。 Cloneable接口没有任何方法，只是个标志，所以只需要简单的写上 implements Cloneable即可。

2. 改写从 Object继承而来的 clone方法，使它的访问权限为 public，因为为了防止意外的支持 clone操作， Object的 clone方法是 protected权限。

    通过上面的分析，可以看出，如果我们要给自己的类添加拷贝功能，我们可以添加拷贝构造函数和实现Cloneable接口。
    现在，来看一下不同的类型在拷贝过程中的表现：

	Operator =	拷贝构造函数	clone方法
预定义非集合类型	深拷贝	如果支持拷贝构造函数的类型，则是深拷贝	不支持
自定义类型	浅拷贝	取决于实现	取决于实现
预定义集合类型	浅拷贝	会逐个调用每个元素的operator=方法	会逐个调用每个元素的operator=方法

    下面是测试代码，首先测试的是预定义非集合类型的operator =操作：
        int x=1;
        int y=x;
        y=2;
        if(x!=y){
            System.out.println("deep copy");
        }


        Integer a=1;
        Integer b=a;
        b=2;
        if(!a.equals(b)){
            System.out.println("deep copy");
        }


        String m="ok";
        String n=m;
        n="no";
        if(!m.equals(n)){
            System.out.println("deep copy");
        }

        程序运行后，输出三行deep copy，测试结果表明，这三种类型的operator =操作都是深拷贝。由于我没有测试完所有的预定义非集合类型，我这里推测它们的operator =都是深拷贝。

    下面测试预定义非集合类型的拷贝构造函数：
        Integer a=1;
        Integer b=new Integer(a);
        b=2;
        if(!a.equals(b)){
            System.out.println("deep copy");
        }


        String m="ok";
        String n=new String(m);
        n="no";
        if(!m.equals(n)){
            System.out.println("deep copy");
        }

        程序运行后，输出两行deep copy，测试结果表明，这两种类型的拷贝构造函数都是深拷贝。int没有拷贝构造函数。
    
        现在我们来测试自定义类型的operator=操作，假设我有一个类Person，代码如下：
public class Person implements Cloneable{
    private int age;
    private String name;
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
    测试代码：
        Person p=new Person();
        p.setAge(32);
        p.setName("陈抒");

        Person p2=p;
        p.setAge(33);
        p.setName("老陈");

        if( (p.getAge()!=p2.getAge())&&(!p.getName().equals(p2.getName())) ){
            System.out.println("deep copy");
        }

        运行后，没有输出deep copy，说明这是浅拷贝。这里就是我们常说的两个引用之间的赋值，仅仅是让两个引用指向同一个对象。

    现在，我们来测试预定义集合类型的operator=操作：
        ArrayList list1=new ArrayList();
        list1.add("yangzhou");
        ArrayList list2=list1;
        list1.clear();

        if(list2.isEmpty()){
            System.out.println("shallow copy");
        }

    结果输出为shallow copy。

    现在我来测试拷贝构造函数：
        ArrayList list1=new ArrayList();
        list1.add("yangzhou");
        ArrayList list2=new ArrayList(list1);
        list1.clear();

        if(list2.isEmpty()){
            System.out.println("shallow copy");
        }else{
            System.out.println("deep copy");
        }

        输出结果是deep copy;
    clone方法的测试代码只是将第三行换成list1.clone(),加上类型转换，这里不再贴代码了。结果也证明是深拷贝 。
    预定义集合类的深拷贝 实际上就是调用每个元素的operator =。如果元素都是自定义类型的化，实际上还是浅拷贝。现在来看测试代码：
    ArrayList list1=new ArrayList();
        Person p1=new Person();
        p1.setAge(32);
        p1.setName("陈抒");
        list1.add(p1);

        ArrayList list2=(ArrayList) list1.clone();
        list2.get(0).setName("chenshu");

        if(list2.get(0).getName().equals(list1.get(0).getName())){
            System.out.println("shallow copy");
        }else{
            System.out.println("deep copy");

        }
    
    输出为shallow copy，Person是自定义类型，它的operator =运算符只是引用之间赋值，是浅拷贝。因此当修改了list2的第一个元素指向的Person对象的name属性，也就是修改了list1第一个元素所指向的Person对象的name属性。对于这种拷贝，我自己起了一个名字，叫做第一层深拷贝。
   
    现在我们有了表格中的结论，自己实现拷贝构造函数或者clone方法的时候就心里有数多了。
    假如我的自定义类型内部成员变量都是预定义非集合类型，那么在clone方法中只需要调用Object.clone即可完成深拷贝操作。在拷贝构造函数中需要使用operator=来一个个的深拷贝；
    假如我们的自定义类型内部成员变量有一些预定义类型，另一些是自定义类型，如果要深拷贝的话，最好调用自定义类型成员变量的拷贝构造函数或者clone方法。下面是例子代码：

public class Company {
    public Company(){

    }

    public Company(Company c){
        name=c.name;
        person=new Person(c.person);
    }
    private String name;
    private Person person;

    public Person getPerson() {
        return person;
    }

    public void setPerson(Person person) {
        this.person = person;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
        Company c=new Company();
        c.setName(name);
        c.setPerson((Person) person.clone());
        return c;
    }
}

public class Person implements Cloneable{
    public Person(){

    }

    public Person(Person p){
        age=p.age;
        name=p.name;
    }
    private int age;
    private String name;
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
        return super.clone();
    }
}
    Person类的两个成员变量都是预定义非集合类型，所以只需要在clone方法中简单的调用super.clone()即可实现深拷贝。Company类有一个Person成员变量，因此要调用Person的clone方法。

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