JAVA中的深复制和浅复制--建议多看几遍

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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。

package com.zoer.src;

public class Obj {

    String str = "init value";

    public String toString() {
        return str;
    }
}

package com.zoer.src;

public class ObjRef {
    Obj aObj = new Obj();
    int aInt = 11;

    public void changeObj(Obj inObj) {
        inObj.str = "changed value";
    }

    public void changePri(int inInt) {
        inInt = 22;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ObjRef oRef = new ObjRef();

        System.out.println("Before call changeObj() method: " + oRef.aObj);
        oRef.changeObj(oRef.aObj);
        System.out.println("After call changeObj() method: " + oRef.aObj);

        System.out.println("==================Print Primtive=================");
        System.out.println("Before call changePri() method: " + oRef.aInt);
        oRef.changePri(oRef.aInt);
        System.out.println("After call changePri() method: " + oRef.aInt);

    }
}

      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： 

public class CloneClass implements Cloneable {
    public int aInt;

    public Object clone() {
        CloneClass o = null;
        try {
            o = (CloneClass) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return o;
    }
}

      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？ 

package com.zoer.src;

class UnCloneA {
    private int i;

    public UnCloneA(int ii) {
        i = ii;
    }

    public void doublevalue() {
        i *= 2;
    }

    public String toString() {
        return Integer.toString(i);
    }
}

class CloneB implements Cloneable {
    public int aInt;
    public UnCloneA unCA = new UnCloneA(111);

    public Object clone() {
        CloneB o = null;
        try {
            o = (CloneB) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return o;
    }
}

public class ObjRef {
    public static void main(String[] a) {
        CloneB b1 = new CloneB();
        b1.aInt = 11;
        System.out.println("before clone,b1.aInt = " + b1.aInt);
        System.out.println("before clone,b1.unCA = " + b1.unCA);

        CloneB b2 = (CloneB) b1.clone();
        b2.aInt = 22;
        b2.unCA.doublevalue();
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,b1.aInt = " + b1.aInt);
        System.out.println("after clone,b1.unCA = " + b1.unCA);
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,b2.aInt = " + b2.aInt);
        System.out.println("after clone,b2.unCA = " + b2.unCA);
    }
}

       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(); 

package com.zoer.src;

class UnCloneA implements Cloneable {
    private int i;

    public UnCloneA(int ii) {
        i = ii;
    }

    public void doublevalue() {
        i *= 2;
    }

    public String toString() {
        return Integer.toString(i);
    }

    public Object clone() {
        UnCloneA o = null;
        try {
            o = (UnCloneA) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return o;
    }
}

class CloneB implements Cloneable {
    public int aInt;
    public UnCloneA unCA = new UnCloneA(111);

    public Object clone() {
        CloneB o = null;
        try {
            o = (CloneB) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        o.unCA = (UnCloneA) unCA.clone();
        return o;
    }
}

public class CloneMain {
    public static void main(String[] a) {
        CloneB b1 = new CloneB();
        b1.aInt = 11;
        System.out.println("before clone,b1.aInt = " + b1.aInt);
        System.out.println("before clone,b1.unCA = " + b1.unCA);

        CloneB b2 = (CloneB) b1.clone();
        b2.aInt = 22;
        b2.unCA.doublevalue();
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,b1.aInt = " + b1.aInt);
        System.out.println("after clone,b1.unCA = " + b1.unCA);
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,b2.aInt = " + b2.aInt);
        System.out.println("after clone,b2.unCA = " + b2.unCA);
    }
}

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： 

package com.zoer.src;

class CloneC implements Cloneable {
    public String str;
    public StringBuffer strBuff;

    public Object clone() {
        CloneC o = null;
        try {
            o = (CloneC) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return o;
    }

}

public class StrClone {
    public static void main(String[] a) {
        CloneC c1 = new CloneC();
        c1.str = new String("initializeStr");
        c1.strBuff = new StringBuffer("initializeStrBuff");
        System.out.println("before clone,c1.str = " + c1.str);
        System.out.println("before clone,c1.strBuff = " + c1.strBuff);

        CloneC c2 = (CloneC) c1.clone();
        c2.str = c2.str.substring(0, 5);
        c2.strBuff = c2.strBuff.append(" change strBuff clone");
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,c1.str = " + c1.str);
        System.out.println("after clone,c1.strBuff = " + c1.strBuff);
        System.out.println("=================================");
        System.out.println("after clone,c2.str = " + c2.str);
        System.out.println("after clone,c2.strBuff = " + c2.strBuff);
    }
}

执行结果：

        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。