在 Ruby 中深度复制对象的最有效方法是啥？

Posted 2023-02-22

【中文标题】在 Ruby 中深度复制对象的最有效方法是啥？

【英文标题】：What's the most efficient way to deep copy an object in Ruby?在 Ruby 中深度复制对象的最有效方法是什么？

【发布时间】：2011-08-04 08:18:31

【问题描述】：

我知道序列化对象是（据我所知）有效地深度复制对象的唯一方法（只要它不像IO 和诸如此类的那样有状态），但它是一种特别有效的方法比另一个？

例如，由于我使用的是 Rails，我总是可以使用 ActiveSupport::JSON、to_xml - 据我所知，编组对象是最被接受的方法之一。我希望编组可能是其中最有效的，因为它是 Ruby 内部的，但我错过了什么吗？

编辑：请注意，它的实现是我已经介绍过的 - 我不想替换现有的浅拷贝方法（如 dup 和 clone），所以我只最终可能会添加Object::deep_copy，其结果是上述任何一种方法（或您有的任何建议:) 开销最小。

【参考方案1】：

Ruby 不包含深度克隆的原因可能与问题的复杂性有关。见文末注释。

要进行“深度复制”、哈希、数组和元素值的克隆，即复制原始元素中的每个元素，以便副本具有相同的值，但新对象，您可以使用这个：

class Object
  def deepclone
    case
    when self.class==Hash
      hash = 
      self.each  |k,v| hash[k] = v.deepclone 
      hash
    when self.class==Array
      array = []
      self.each  |v| array << v.deepclone 
      array
    else
      if defined?(self.class.new)
        self.class.new(self)
      else
        self
      end
    end
  end
end

如果您想重新定义 Ruby 的 clone 方法的行为，您可以将其命名为 clone 而不是 deepclone（在 3 个位置），但我不知道重新定义 Ruby 的克隆行为将如何影响 Ruby 库, 或 Ruby on Rails，所以警告 Emptor。就个人而言，我不建议这样做。

例如：

a = 'a'=>'x','b'=>'y'                          => "a"=>"x", "b"=>"y"
b = a.deepclone                                  => "a"=>"x", "b"=>"y"
puts "#a['a'].object_id / #b['a'].object_id" => 15227640 / 15209520

如果您希望您的 类正确地进行深度克隆，它们的new 方法（初始化）必须能够以标准方式深度克隆该类的对象，即，如果给出第一个参数, 假定它是要深度克隆的对象。

假设我们想要一个类 M，例如。第一个参数必须是 M 类的可选对象。这里我们有第二个可选参数z 来预先设置新对象中 z 的值。

class M
  attr_accessor :z
  def initialize(m=nil, z=nil)
    if m
      # deepclone all the variables in m to the new object
      @z = m.z.deepclone
    else
      # default all the variables in M
      @z = z # default is nil if not specified
    end
  end
end

z 预设在此处克隆期间将被忽略，但您的方法可能具有不同的行为。这个类的对象会这样创建：

# a new 'plain vanilla' object of M
m=M.new                                        => #<M:0x0000000213fd88 @z=nil>
# a new object of M with m.z pre-set to 'g'
m=M.new(nil,'g')                               => #<M:0x00000002134ca8 @z="g">
# a deepclone of m in which the strings are the same value, but different objects
n=m.deepclone                                  => #<M:0x00000002131d00 @z="g">
puts "#m.z.object_id / #n.z.object_id" => 17409660 / 17403500

M 类的对象是数组的一部分：

a = 'a'=>M.new(nil,'g'),'b'=>'y'               => "a"=>#<M:0x00000001f8bf78 @z="g">, "b"=>"y"
b = a.deepclone                                  => "a"=>#<M:0x00000001766f28 @z="g">, "b"=>"y"
puts "#a['a'].object_id / #b['a'].object_id" => 12303600 / 12269460
puts "#a['b'].object_id / #b['b'].object_id" => 16811400 / 17802280

注意事项：

如果deepclone 尝试克隆一个没有以标准方式克隆自身的对象，它可能会失败。 如果deepclone 尝试克隆一个可以以标准方式克隆自身的对象，并且如果它是一个复杂的结构，它可能（并且可能会）对其自身进行浅层克隆。 deepclone 不会深度复制哈希中的键。原因是它们通常不被视为数据，但如果您将hash[k] 更改为hash[k.deepclone]，它们也会被深度复制。 某些元素值没有new 方法，例如Fixnum。这些对象始终具有相同的对象 ID，并且是复制的，而不是克隆的。 请小心，因为当您进行深度复制时，原始中包含相同对象的 Hash 或 Array 的两个部分将在深度克隆中包含不同的对象。

【参考方案2】：

我也想知道同样的事情，所以我比较了一些不同的技术。我主要关心数组和哈希——我没有测试任何复杂的对象。不出所料，定制的深度克隆实现被证明是最快的。如果您正在寻找快速简便的实施方式，Marshal 似乎是您的最佳选择。

我还使用 Rails 3.0.7 对 XML 解决方案进行了基准测试，如下所示。仅 1000 次迭代就慢得多，大约 10 秒（下面的解决方案都运行了 10,000 次基准测试）。

关于我的 JSON 解决方案的两个注意事项。首先，我使用了 C 变体，版本 1.4.3。其次，它实际上并不能 100% 工作，因为符号将被转换为字符串。

这都是使用 ruby​​ 1.9.2p180 运行的。

#!/usr/bin/env ruby
require 'benchmark'
require 'yaml'
require 'json/ext'
require 'msgpack'

def dc1(value)
  Marshal.load(Marshal.dump(value))
end

def dc2(value)
  YAML.load(YAML.dump(value))
end

def dc3(value)
  JSON.load(JSON.dump(value))
end

def dc4(value)
  if value.is_a?(Hash)
    result = value.clone
    value.each|k, v| result[k] = dc4(v)
    result
  elsif value.is_a?(Array)
    result = value.clone
    result.clear
    value.each|v| result << dc4(v)
    result
  else
    value
  end
end

def dc5(value)
  MessagePack.unpack(value.to_msgpack)
end

value = 'a' => :x => [1, [nil, 'b'], 'a' => 1], 'b' => ['z']

Benchmark.bm do |x|
  iterations = 10000
  x.report iterations.times dc1(value)
  x.report iterations.times dc2(value)
  x.report iterations.times dc3(value)
  x.report iterations.times dc4(value)
  x.report iterations.times dc5(value)
end

结果：

user       system     total       real
0.230000   0.000000   0.230000 (  0.239257)  (Marshal)
3.240000   0.030000   3.270000 (  3.262255)  (YAML) 
0.590000   0.010000   0.600000 (  0.601693)  (JSON)
0.060000   0.000000   0.060000 (  0.067661)  (Custom)
0.090000   0.010000   0.100000 (  0.097705)  (MessagePack)

【讨论】：

嘿@Evan Pon，我在您的示例中添加了MessagePack。这是一个不错的选择。

MessagePack 看起来非常快（在我的机器上比 Custom 快 2 倍）。您能否更新答案并推荐使用它而不是 Marshal？

@AndreyBotalov，MessagePack 只处理几个类——主要是数字、字符串、数组和散列。如果您有任何其他类型的对象，例如 Date 对象，它将不适合您。

我发现如果你深度克隆的值更大（更多的键、更多的嵌套、更大的值），自定义的 ruby​​ 代码比 MessagePack 慢。

【参考方案3】：

我认为您需要在要复制的类中添加一个 initialize_copy 方法。然后把深拷贝的逻辑放在那里。然后，当您调用 clone 时，它​​将触发该方法。我没做过，但这是我的理解。

我认为 B 计划只是覆盖克隆方法：

class CopyMe
    attr_accessor :var
    def initialize var=''
      @var = var
    end    
    def clone deep= false
      deep ? CopyMe.new(@var.clone) : CopyMe.new()
    end
end

a = CopyMe.new("test")  
puts "A: #a.var"
b = a.clone
puts "B: #b.var"
c = a.clone(true)
puts "C: #c.var"

输出

mike@sleepycat:~/projects$ ruby ~/Desktop/clone.rb 
A: test
B: 
C: test

我敢肯定，只要稍加修改，你就可以让它变得更酷，但无论好坏，我都会这样做。

【讨论】：

感谢反馈 - 这是一种替换它的方法，但它最终被实施最好是不引人注目的，并且将原始方法保留为浅拷贝（例如，我只需添加 Object::deep_copy )。您是否了解哪种方法的开销最小？

已更新。我希望这会有所帮助。

+1，在此处查看一些示例：blog.rubybestpractices.com/posts/rklemme/…