Effective C# 避免ICloneable接口

ICloneable 听起来是个好主意：可以为那些支持复制的类型实现ICloneable接口。如果不想支持复制，那就不要实现它。但是我们的类型并非活在真空中。让一个类型支持ICloneable接口会影响它的派生类。一旦类型支持ICloneable接口，那么它所有的派生类也都必须支持它。而且，其所有成员类型也都要支持ICloneable接口，或者有其他创建复制的机制。最后，当我们设计的类型包含交织成网状的对象时，支持深复制将变得很困难。 ICloneable接口在其官方的定义里很巧妙地绕过了这个问题，其定义如下：ICloneable接口或者支持深复制（deep copy），或者支持浅复制（shallow copy）。浅复制指的是新对象包含所有成员变量的副本，如果成员变量为引用类型，那么新对象将和原对象引用同样的对象。深复制指的也是新对象包含所有成员变量的副本，但是所有引用类型的成员变量将被递归地克隆。对于C#的内建类型，例如整数，深复制和浅复制产生的是同样的结果。那么我们的类型应该支持哪一个？这要根据具体类型而定。但是在同一个对象中混合浅复制和深复制会导致许多不一致的问题。当涉足ICloneable接口时，这样的问题很难逃脱。大多数情况下，避免ICloneable接口反倒会获得一个比较简单的类——对类的客户来讲比较容易使用，对创建者来讲也比较容易实现。

任何只包含内建类型成员的值类型都不需要支持 ICloneable接口；一个简单的赋值语句对struct的值所做的复制要比Clone()来得高效得多。Clone()必须对返回值进行装箱，才能转换为一个System.Object引用。调用者则必须进行强制转型才能获取真正的值。值类型默认的复制支持对我们来说已经足够了。我们没有必要再编写 Clone()函数来重复这项工作。

如果值类型中包含引用类型呢？最明显的例子是包含字符串：

 

public struct ErrorMessage

{

private int errCode;

private int details;

private string msg;

// 忽略细节。

}

 

字符串是一个特殊的例子，因为string是一个具有常量性的类。如果我们对ErrorMessage对象进行赋值，两个ErrorMessage对象都将引用同一个字符串。但这并不会导致任何问题，而这放到一个普通的引用类型就会出现问题。通过任何一个对象更改msg变量，都会创建一个新的string对象。

更一般的情况——创建一个包含任意引用类型变量的 struct——就比较复杂了。不过这种情况相当少见。C#语言为struct提供的内建赋值操作创建的是一个浅复制——即两个struct引用的是同一个引用类型对象。要创建一个深复制，我们需要克隆其内包含的引用类型，而且需要确知其Clone()方法支持深复制。无论哪种情况，我们都没有必要为值类型添加ICloneable接口支持——赋值操作符可以创建任何值类型的新副本。

综上所述，对值类型来讲，提供 ICloneable接口的理由不够充分。下面我们来看引用类型。引用类型要通过支持ICloneable接口来表明自身支持浅复制或者深复制。但是在为一个类添加ICloneable接口支持时，我们要审慎行事，因为那样做会强制要求该类的所有派生类也都必须支持ICloneable接口。考虑下面两个类：

 

 

class BaseType : ICloneable

{

private string _label = "class name";

private int [] _values = new int [ 10 ];

public object Clone()

{

    BaseType rVal = new BaseType( );

    rVal._label = _label;

    for( int i = 0; i < _values.Length; i++ )

      rVal._values[ i ] = _values[ i ];

    return rVal;

}

}

class Derived : BaseType

{

private double [] _dValues = new double[ 10 ];

static void Main( string[] args )

{

    Derived d = new Derived();

    Derived d2 = d.Clone() as Derived;

    if ( d2 == null )

      Console.WriteLine( "null" );

}

}

 

如果运行上面的程序，我们将发现d2的值为 null。Derived类从BaseType类中继承了ICloneable.Clone()方法，但是继承来的实现对Derived类型来讲却是不正确的，因为它仅仅克隆了基类。BaseType.Clone()创建了一个BaseType对象，而非一个Derived对象。这就是测试程序中d2返回 null的原因——它不是一个Derived对象。但是，即使我们能够克服这个问题，BaseType.Clone()也不能对Derived中定义的 _dValues数组进行正确的复制。当我们的类型实现了ICloneable接口，就会强制要求其所有派生类也实现ICloneable接口。实际上，这时候我们应该提供一个挂钩函数（hook function）来允许所有派生类使用我们的实现。为了支持克隆，派生类只可以添加那些支持ICloneable接口的值类型或引用类型成员变量。这对所有的派生类来说是一个非常严格的限制。因此我们说，为基类添加ICloneable接口支持通常会为其派生类带来一些负担，所以我们应该避免在非密封（nonsealed）类中实现ICloneable接口。

如果整个类层次必须实现ICloneable接口，我们可以创建一个抽象的Clone()方法，并强制要求所有的派生类实现它。

这时候，我们需要定义一种方式，使派生类可以创建基类成员的副本。这可以通过定义一个protected的复制构造器来实现：

 

class BaseType

{

private string _label;

private int [] _values;

protected BaseType( )

{

    _label = "class name";

    _values = new int [ 10 ];

}

// 供派生类用来做clone。

protected BaseType( BaseType right )

{

    _label = right._label;

    _values = right._values.Clone( ) as int[ ] ;

}

}

sealed class Derived : BaseType, ICloneable

{

private double [] _dValues = new double[ 10 ];

public Derived ( )

{

    _dValues = new double [ 10 ];

}


// 使用基类的“复制构造器”构造一个副本。

private Derived ( Derived right ) :

    base ( right )

{

    _dValues = right._dValues.Clone( )

      as double[ ];

}

static void Main( string[] args )

{

    Derived d = new Derived();

    Derived d2 = d.Clone() as Derived;

    if ( d2 == null )

      Console.WriteLine( "null" );

}

public object Clone()

{

    Derived rVal = new Derived( this );

    return rVal;

}

}

 

 

在上面的代码中，我们的基类BaseType没有实现ICloneable接口，但它提供了一个受保护的复制构造器，以使派生类可以复制其内的成员。如果有必要，“叶子类”——即那些密封类——可以实现 ICloneable接口。我们的基类没有强制要求所有的派生类实现ICloneable接口，但它为所有希望实现ICloneable接口的派生类提供了必要的方法支持。

ICloneable 接口有其价值所在，但那都是特例，而非普遍的规则。对于值类型来讲，我们永远都不需要支持ICloneable接口，使用默认的赋值操作就可以了。我们应该为那些确实需要复制操作的“叶子类”提供ICloneable接口支持。对于那些子类可能需要支持ICloneable接口的基类，我们应该为其创建一个受保护的复制构造器。除此之外，我们应该避免支持ICloneable接口。