java中的深复制和浅复制

Java 语言的一个优点就是取消了指针的概念,但也导致了许多程序员在编程中常常忽略了对象与引用的区别,本文会试图澄清这一概念。并且由于Java不能通过简单 的赋值来解决对象复制的问题,在开发过程中,也常常要要应用clone()方法来复制对象。本文会让你了解什么是影子clone与深度clone,认识它 们的区别、优点及缺点。 

      看到这个标题,是不是有点困惑:Java语 言明确说明取消了指针,因为指针往往是在带来方便的同时也是导致代码不安全的根源,同时也会使程序的变得非常复杂难以理解,滥用指针写成的代码不亚于使用 早已臭名昭著的"GOTO"语句。Java放弃指针的概念绝对是极其明智的。但这只是在Java语言中没有明确的指针定义,实质上每一个new语句返回的 都是一个指针的引用,只不过在大多时候Java中不用关心如何操作这个"指针",更不用象在操作C++的指针那样胆战心惊。唯一要多多关心的是在给函数传 递对象的时候。

 

  1. package com.zoer.src;  
  2.   
  3. public class ObjRef {  
  4.     Obj aObj = new Obj();  
  5.     int aInt = 11;  
  6.   
  7.     public void changeObj(Obj inObj) {  
  8.         inObj.str = "changed value";  
  9.     }  
  10.   
  11.     public void changePri(int inInt) {  
  12.         inInt = 22;  
  13.     }  
  14.   
  15.     public static void main(String[] args) {  
  16.         ObjRef oRef = new ObjRef();  
  17.   
  18.         System.out.println("Before call changeObj() method: " + oRef.aObj);  
  19.         oRef.changeObj(oRef.aObj);  
  20.         System.out.println("After call changeObj() method: " + oRef.aObj);  
  21.   
  22.         System.out.println("==================Print Primtive=================");  
  23.         System.out.println("Before call changePri() method: " + oRef.aInt);  
  24.         oRef.changePri(oRef.aInt);  
  25.         System.out.println("After call changePri() method: " + oRef.aInt);  
  26.   
  27.     }  
  28. }  
  1. package com.zoer.src;  
  2.   
  3. public class Obj {  
  4.   
  5.     String str = "init value";  
  6.   
  7.     public String toString() {  
  8.         return str;  
  9.     }  
  10. }  

      这段代码的主要部分调用了两个很相近的方法,changeObj()和changePri()。唯一不同的是它们一个把对象作为输入参数,另一个把 Java中的基本类型int作为输入参数。并且在这两个函数体内部都对输入的参数进行了改动。看似一样的方法,程序输出的结果却不太一样。 changeObj()方法真正的把输入的参数改变了,而changePri()方法对输入的参数没有任何的改变。 

      从这个例子知道Java对对象和基本的数据类型的处理是不一样的。和C语言一样,当把Java的基本数据类型(如int,char,double等)作为入口参数传给函数体的时候,传入的参数在函数体内部变成了局部变量,这个局部变量是输入参数的一个拷贝,所有的函数体内部的操作都是针对这个拷贝的操作,函数执行结束后,这个局部变量也就完成了它的使命,它影响不到作为输入参数的变量。这种方式的参数传递被称为"值传递"。而在Java中用对象作为入口参数的传递则缺省为"引用传递"也就是说仅仅传递了对象的一个"引用"这个"引用"的概念同C语言中的指针引用是一样的。当函数体内部对输入变量改变时,实质上就是在对这个对象的直接操作。 

      除了在函数传值的时候是"引用传递",在任何用"="向对象变量赋值的时候都是"引用传递"。就是类似于给变量再起一个别名。两个名字都指向内存中的同一个对象。
      在实际编程过程中,我们常常要遇到这种情况:有一个对象A,在某一时刻A中已经包含了一些有效值,此时可能会需要一个和A完全相同新对象B,并且此后对B任何改动都不会影响到A中的值,也就是说,A与B是两个独立的对象,但B的初始值是由A对象确定的。在Java语言中,用简单的赋值语句是不能满足这种需求的。要满足这种需求虽然有很多途径,但实现clone()方法是其中最简单,也是最高效的手段。
      Java的所有类都默认继承java.lang.Object类,在java.lang.Object类中有一个方法clone()。JDK API的说 明文档解释这个方法将返回Object对象的一个拷贝。要说明的有两点:一是拷贝对象返回的是一个新对象,而不是一个引用。二是拷贝对象与用new操作符 返回的新对象的区别就是这个拷贝已经包含了一些原来对象的信息,而不是对象的初始信息。
      怎样应用clone()方法? 

      一个很典型的调用clone()代码如下: 

 

  1. public class CloneClass implements Cloneable {  
  2.     public int aInt;  
  3.   
  4.     public Object clone() {  
  5.         CloneClass o = null;  
  6.         try {  
  7.             o = (CloneClass) super.clone();  
  8.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  9.             e.printStackTrace();  
  10.         }  
  11.         return o;  
  12.     }  
  13. }  

      有三个值得注意的地方,一是希望能实现clone功能的CloneClass类实现了Cloneable接口,这个接口属于java.lang 包,java.lang包已经被缺省的导入类中,所以不需要写成java.lang.Cloneable。另一个值得请注意的是重载了clone()方 法。最后在clone()方法中调用了super.clone(),这也意味着无论clone类的继承结构是什么样的,super.clone()直接或间接调用了java.lang.Object类的clone()方法。下面再详细的解释一下这几点。       应该说第三点是最重要的,仔细观察一下Object类的clone()一个native方法,native方法的效率一般来说都是远高于java中的非native方法。这也解释了为什么要用Object中clone()方法而不是先new一个类,然后把原始对象中的信息赋到新对象中,虽然这也实现了clone功能。对于第二点,也要观察Object类中的clone()还是一个protected属 性的方法。这也意味着如果要应用clone()方法,必须继承Object类,在Java中所有的类是缺省继承Object类的,也就不用关心这点了。然 后重载clone()方法。还有一点要考虑的是为了让其它类能调用这个clone类的clone()方法,重载之后要把clone()方法的属性设置为public
       那么clone类为什么还要实现Cloneable接口呢?稍微注意一下,Cloneable接口是不包含任何方法的!其实这个接口仅仅是一个标志,而 且这个标志也仅仅是针对Object类中clone()方法的,如果clone类没有实现Cloneable接口,并调用了Object的clone() 方法(也就是调用了super.Clone()方法),那么Object的clone()方法就会抛出 CloneNotSupportedException异常。 
      以上是clone的最基本的步骤,想要完成一个成功的clone,还要了解什么是"影子clone"和"深度clone"。 
      什么是影子clone? 

  1. package com.zoer.src;  
  2.   
  3. class UnCloneA {  
  4.     private int i;  
  5.   
  6.     public UnCloneA(int ii) {  
  7.         i = ii;  
  8.     }  
  9.   
  10.     public void doublevalue() {  
  11.         i *= 2;  
  12.     }  
  13.   
  14.     public String toString() {  
  15.         return Integer.toString(i);  
  16.     }  
  17. }  
  18.   
  19. class CloneB implements Cloneable {  
  20.     public int aInt;  
  21.     public UnCloneA unCA = new UnCloneA(111);  
  22.   
  23.     public Object clone() {  
  24.         CloneB o = null;  
  25.         try {  
  26.             o = (CloneB) super.clone();  
  27.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  28.             e.printStackTrace();  
  29.         }  
  30.         return o;  
  31.     }  
  32. }  
  33.   
  34. public class ObjRef {  
  35.     public static void main(String[] a) {  
  36.         CloneB b1 = new CloneB();  
  37.         b1.aInt = 11;  
  38.         System.out.println("before clone,b1.aInt = " + b1.aInt);  
  39.         System.out.println("before clone,b1.unCA = " + b1.unCA);  
  40.   
  41.         CloneB b2 = (CloneB) b1.clone();  
  42.         b2.aInt = 22;  
  43.         b2.unCA.doublevalue();  
  44.         System.out.println("=================================");  
  45.         System.out.println("after clone,b1.aInt = " + b1.aInt);  
  46.         System.out.println("after clone,b1.unCA = " + b1.unCA);  
  47.         System.out.println("=================================");  
  48.         System.out.println("after clone,b2.aInt = " + b2.aInt);  
  49.         System.out.println("after clone,b2.unCA = " + b2.unCA);  
  50.     }  
  51. }  

       输出结果:

before clone,b1.aInt = 11
before clone,b1.unCA = 111
=================================
after clone,b1.aInt = 11
after clone,b1.unCA = 222
=================================
after clone,b2.aInt = 22
after clone,b2.unCA = 222

       输出的结果说明int类型的变量aInt和UnCloneA的实例对象unCA的clone结果不一致,int类型是真正的被clone了,因为改变了 b2中的aInt变量,对b1的aInt没有产生影响,也就是说,b2.aInt与b1.aInt已经占据了不同的内存空间,b2.aInt是 b1.aInt的一个真正拷贝。相反,对b2.unCA的改变同时改变了b1.unCA,很明显,b2.unCA和b1.unCA是仅仅指向同一个对象的不同引用!从中可以看出,调用Object类中clone()方法产生的效果是:先在内存中开辟一块和原始对象一样的空间,然后原样拷贝原始对象中的内容对基本数据类型,这样的操作是没有问题的,但对非基本类型变量,我们知道它们保存的仅仅是对象的引用,这也导致clone后的非基本类型变量和原始对象中相应的变量指向的是同一个对象。 

       大多时候,这种clone的结果往往不是我们所希望的结果,这种clone也被称为"影子clone"。要想让b2.unCA指向与b2.unCA不同的对象,而且b2.unCA中还要包含b1.unCA中的信息作为初始信息,就要实现深度clone。
       怎么进行深度clone? 
       把上面的例子改成深度clone很简单,需要两个改变:一是让UnCloneA类也实现和CloneB类一样的clone功能(实现Cloneable 接口,重载clone()方法)。二是在CloneB的clone()方法中加入一句 o.unCA = (UnCloneA)unCA.clone(); 

 

  1. package com.zoer.src;  
  2.   
  3. class UnCloneA implements Cloneable {  
  4.     private int i;  
  5.   
  6.     public UnCloneA(int ii) {  
  7.         i = ii;  
  8.     }  
  9.   
  10.     public void doublevalue() {  
  11.         i *= 2;  
  12.     }  
  13.   
  14.     public String toString() {  
  15.         return Integer.toString(i);  
  16.     }  
  17.   
  18.     public Object clone() {  
  19.         UnCloneA o = null;  
  20.         try {  
  21.             o = (UnCloneA) super.clone();  
  22.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  23.             e.printStackTrace();  
  24.         }  
  25.         return o;  
  26.     }  
  27. }  
  28.   
  29. class CloneB implements Cloneable {  
  30.     public int aInt;  
  31.     public UnCloneA unCA = new UnCloneA(111);  
  32.   
  33.     public Object clone() {  
  34.         CloneB o = null;  
  35.         try {  
  36.             o = (CloneB) super.clone();  
  37.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  38.             e.printStackTrace();  
  39.         }  
  40.         o.unCA = (UnCloneA) unCA.clone();  
  41.         return o;  
  42.     }  
  43. }  
  44.   
  45. public class CloneMain {  
  46.     public static void main(String[] a) {  
  47.         CloneB b1 = new CloneB();  
  48.         b1.aInt = 11;  
  49.         System.out.println("before clone,b1.aInt = " + b1.aInt);  
  50.         System.out.println("before clone,b1.unCA = " + b1.unCA);  
  51.   
  52.         CloneB b2 = (CloneB) b1.clone();  
  53.         b2.aInt = 22;  
  54.         b2.unCA.doublevalue();  
  55.         System.out.println("=================================");  
  56.         System.out.println("after clone,b1.aInt = " + b1.aInt);  
  57.         System.out.println("after clone,b1.unCA = " + b1.unCA);  
  58.         System.out.println("=================================");  
  59.         System.out.println("after clone,b2.aInt = " + b2.aInt);  
  60.         System.out.println("after clone,b2.unCA = " + b2.unCA);  
  61.     }  
  62. }  

输出结果:

before clone,b1.aInt = 11
before clone,b1.unCA = 111
=================================
after clone,b1.aInt = 11
after clone,b1.unCA = 111
=================================
after clone,b2.aInt = 22
after clone,b2.unCA = 222

      可以看出,现在b2.unCA的改变对b1.unCA没有产生影响。此时b1.unCA与b2.unCA指向了两个不同的UnCloneA实例,而且在 CloneB b2 = (CloneB)b1.clone();调用的那一刻b1和b2拥有相同的值,在这里,b1.i = b2.i = 11。 

        要知道不是所有的类都能实现深度clone的。例如,如果把上面的CloneB类中的UnCloneA类型变量改成StringBuffer类型,看一下JDK API中关于StringBuffer的说明,StringBuffer没有重载clone()方法,更为严重的是StringBuffer还是一个final类, 这也是说我们也不能用继承的办法间接实现StringBuffer的clone。如果一个类中包含有StringBuffer类型对象或和 StringBuffer相似类的对象,我们有两种选择:要么只能实现影子clone,要么就在类的clone()方法中加一句(假设是 SringBuffer对象,而且变量名仍是 unCA): o.unCA = new StringBuffer(unCA.toString()); //原来的 是:o.unCA = (UnCloneA)unCA.clone(); 

       还要知道的是除了基本数据类型能自动实现深度clone以外,String对象是一个例外,它clone后的表现好象也实现了深度clone,虽然这只是一个假象,但却大大方便了我们的编程。 
       Clone中String和StringBuffer的区别 
       应该说明的是,这里不是着重说明String和StringBuffer的区别,但从这个例子里也能看出String类的一些与众不同的地方。 
       下面的例子中包括两个类,CloneC类包含一个String类型变量和一个StringBuffer类型变量,并且实现了clone()方法。在 StrClone类中声明了CloneC类型变量c1,然后调用c1的clone()方法生成c1的拷贝c2,在对c2中的String和 StringBuffer类型变量用相应的方法改动之后打印结果: 

 

  1. package com.zoer.src;  
  2.   
  3. class CloneC implements Cloneable {  
  4.     public String str;  
  5.     public StringBuffer strBuff;  
  6.   
  7.     public Object clone() {  
  8.         CloneC o = null;  
  9.         try {  
  10.             o = (CloneC) super.clone();  
  11.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  12.             e.printStackTrace();  
  13.         }  
  14.         return o;  
  15.     }  
  16.   
  17. }  
  18.   
  19. public class StrClone {  
  20.     public static void main(String[] a) {  
  21.         CloneC c1 = new CloneC();  
  22.         c1.str = new String("initializeStr");  
  23.         c1.strBuff = new StringBuffer("initializeStrBuff");  
  24.         System.out.println("before clone,c1.str = " + c1.str);  
  25.         System.out.println("before clone,c1.strBuff = " + c1.strBuff);  
  26.   
  27.         CloneC c2 = (CloneC) c1.clone();  
  28.         c2.str = c2.str.substring(0, 5);  
  29.         c2.strBuff = c2.strBuff.append(" change strBuff clone");  
  30.         System.out.println("=================================");  
  31.         System.out.println("after clone,c1.str = " + c1.str);  
  32.         System.out.println("after clone,c1.strBuff = " + c1.strBuff);  
  33.         System.out.println("=================================");  
  34.         System.out.println("after clone,c2.str = " + c2.str);  
  35.         System.out.println("after clone,c2.strBuff = " + c2.strBuff);  
  36.     }  
  37. }  

执行结果:

 

  1. <span style="font-family:'Microsoft YaHei';"><span style="font-size:16px;">before clone,c1.str = initializeStr  
  2. before clone,c1.strBuff = initializeStrBuff  
  3. =================================  
  4. after clone,c1.str = initializeStr  
  5. after clone,c1.strBuff = initializeStrBuff change strBuff clone  
  6. =================================  
  7. after clone,c2.str = initi  
  8. after clone,c2.strBuff = initializeStrBuff change strBuff clone  
  9. </span></span>  

        打印的结果可以看出,String类型的变量好象已经实现了深度clone,因为对c2.str的改动并没有影响到c1.str!难道Java把 Sring类看成了基本数据类型?其实不然,这里有一个小小的把戏,秘密就在于c2.str = c2.str.substring(0,5)这一语句! 实质上,在clone的时候c1.str与c2.str仍然是引用,而且都指向了同一个String对象。但在执行 c2.str = c2.str.substring(0,5)的时候,它作用相当于生成了一个新的String类型,然后又赋回给c2.str。这是因 为String被Sun公司的工程师写成了一个不可更改的类(immutable class),在所有String类中的函数都不能更改自身的值。

posted @ 2016-07-27 14:20  aviva_he  阅读(5942)  评论(0编辑  收藏  举报