详解Java中clone的写法

cloneable这个接口设计得十分奇葩，不符合正常人的使用习惯，然而用这个接口的人很多也很有必要，所以还是有必要了解一下这套扭曲的机制。以下内容来自于对effective java ed 2. item 11的整理。

 cloneable接口

首先，cloneable接口中并没有方法。它的存在意义一是让程序员注明当前对象可以clone，二是改变父类object类中clone方法的行为：如果某个类实现了cloneable，那么它的父类object的clone方法可以调用，否则会抛出clonenotsupportedexception。(奇葩吧)

也就是说，如果我们要告诉用户，这个类是可以clone的，并且在我们的实现中需要调用super.clone，那么我们就必须实现cloneable。

（然而，即使某个类实现了cloneable，也不一定保证它就有clone方法，这是这个接口设计的奇葩之处之一，设计者可能是反社会吧） 

我们的clone方法

需要重写clone方法的情况分为两类。

　　　　1：需要实现cloneable接口。

　　　　2：只需要重写clone方法。

其中，第一种情况比较普遍。第二种可以看作为了讨论的完整性对第一种进行的补充。

需要实现cloneable接口

考虑到clone方法是直接给用户用的，建议做到以下几点：

将限制符改为public；

将它的返回类型设置成子类类型（可以这么做是因为java允许covariant return type）；

接住clonenotsupportedexception并不再抛出（既然已经实现了cloneable接口，就不会抛出这个异常，不然用户又要在

那里try-catch半天）。

@override
public phonenumber clone() throws ... {
  try {
   return (phonenumber) super.clone();
  } catch(clonenotsupportedexception e) {
   throw new assertionerror(); // can't happen
  }
}

注意，这里给出的是clone方法的大体写法，包括函数签名等，先让你有一个大略的方向。当我们按照以上三条搭好clone方法的框框后，具体如何去实现克隆的过程，下一节会举例详述。

注：如果当前类是final的，可以直接使用构造器来构造对象。（如果不是final的，那么可能还会有子类，子类再调用super.clone的时候就只能返回父类类型对象，就不太合适了，所以只有final类适合用构造器）

只需要重写clone方法

这个类可能是继承链上的一个中间类。此时该clone方法最好模拟object.clone的行为，即：

限制符为protected；

不实现cloneable；

抛出clonenotsupportedexception。

不同情景下的clone方法实现

首先，应熟悉object.clone的行为（因为在我们自己的类中经常会调用super.clone，最终调用object.clone）：浅拷贝。即：先创建一个新对象，然后将它的所有域初始化为待拷贝对象的域的对应值。

另外，所有数组都会实现cloneable接口，t[].clone的返回类型也为t[]，行为与object类似。（这是一个好用的feature，实现浅拷贝时会经常用到）

官方文档对clone的实现建议是：先调用super.clone创建对象；如果对象的域都是基本类型，则一切搞定；否则，如果对象是可变对象，则要将组成对象的"deep structure"的对象全部复制，然后将复制品的域引用指向这些复制后的对象。 

上一节给出的phonenumber的clone属于前者（对象域为电话号码、区号等，为基本类型short），所以调用super.clone再加一个cast就可以搞定。

注意这个蓝色的deep structure，指明了clone方法实现的精髓。以下举两个例子，读者可细细品味。

案例一：stack

public class stack {
 private object[] elements;
 private int size = 0;
 private static final int default_initial_capacity = 16;
 public stack() {...}
 public void push(object e) {...}
 public object pop() {...}
 private void ensurecapacity() {...} //omitted for simplicity
}

如果在stack的clone方法中，也简单地返回super.clone，会有一个严重的后果，就是在原对象中如果增删了元素，在复制对象中的size不变，但是实际上元素被增删了，违反了复制对象的invariant。

解决办法是将elements数组独立克隆：

@override public stack clone() {
 try {
  stack result = (stack) super.clone();
  result.elements = elements.clone();
  return result;
 } catch (clonenotsupportedexception e) {
  throw new assertionerror();
 }
}

两种方法的区别如下：（渣图……）

第一种方法对应左图，由于克隆后的对象的elements指向原对象中的数组，当原对象增删元素时，克隆后的对象的backing array也跟着自动变化。第二种方法对应右图，克隆后对象的数组和原对象的数组是互相独立的，当原对象增删元素时，克隆后的对象可以不受影响，因为它还保持原有的那些引用。虽然两种都是浅拷贝，但只有第二种符合不变性。而且第二种是容器类的一种常用做法，如arraylist的copy constructor。

案例二：hashtable

在stack的基础上再复杂一点，我们研究一个hashtable:

public class hashtable implements cloneable {
  private entry[] buckets = ...;
  private static class entry {
   final object key;
   object value;
   entry next;
   entry(object key, object value, entry next) {
     this.key = key;
     this.value = value;
     this.next = next;
   }
  }
  ... // remainder omitted
}

如果我们照搬stack的克隆方法，是否会有效呢？

@override public hashtable clone() {
  try {
   hashtable result = (hashtable) super.clone();
   result.buckets = buckets.clone();
   return result;
  } catch (clonenotsupportedexception e) {
   throw new assertionerror();
  }
}

克隆后的hashtable有自己的array了，看起来好像没什么问题了。然而，hashtable使用的是entry对象头尾相接的链表。克隆后entry元素们还指向同样的对象，此时如果原table增删了元素，其实质是它将某些entry指向了新entry或指向null；由于克隆后的table与克隆前的table共享一套entry对象，所以它的内部结构发生了同样的改变，但它并不知道自己发生了改变，这样就出现了奇怪的现象，比如说克隆后的table的size明明没变，却凭空多出/消失了一些元素。

hashtable original = new hashtable();
original.put(x, y);
hashtable cloned = original.clone();
original.remove(x); //cloned gets removed by one element too, but does not know of it!!
if(cloned.size() > 0){
  dosomething(); //danger! it's actually empty!!  
}

如图：

解决方法是将其中value的容器entry做深拷贝。

public class hashtable implements cloneable {
  private entry[] buckets = ...;
  private static class entry {
   final object key;
   object value;
   entry next;
   entry(object key, object value, entry next) {
   this.key = key;
   this.value = value;
   this.next = next;
   // recursively copy the linked list headed by this entry
   entry deepcopy() {
     return new entry(key, value, next == null ? null : next.deepcopy());
   }  
 }
  @override public hashtable clone() {
   try {
     hashtable result = (hashtable) super.clone();
     result.buckets = new entry[buckets.length];
     for (int i = 0; i < buckets.length; i++)
      if (buckets[i] != null)
       result.buckets[i] = buckets[i].deepcopy();
     return result;
   } catch (clonenotsupportedexception e) {
     throw new assertionerror();
   }
  }
  ... // remainder omitted
}

注：value指向的object仍然没变，所以这种方法只是在一定程度上做深拷贝。由于hashtable直接操作的是entry，将entry这一层深拷贝即可。

由于上述deepcopy()方法容易引起stack overflow，作者建议使用iteration代替recursion.

//iteratively copy the linked list headed by this entry
entry deepcopy() {
  entry result = new entry(key, value, next);
  for (entry p = result; p.next != null; p = p.next)
   p.next = new entry(p.next.key, p.next.value, p.next.next);
  return result;
}

其他碎碎念

（非final类的）clone方法不应调用克隆后对象的nonfinal方法。若该类的子类重写了这个nonfinal方法，该方法有可能在子类创建完毕之前去调用它的一些方法/数据，可能会引起数据损坏。

如果类中有一个指向可变对象的final域，则以上的clone实现机制无法work，因为对象创建好以后无法再给final域assign一个值。

不可变类不应该支持clone，因为clone后的对象跟原对象没有区别。
其实一种比较好的方法是copy constructor或copy factory。它们没有cloneable的那些奇葩性，不抛异常，而且可以搞定final域。

public yum(yum yum); //copy constructor
public static yum newinstance(yum yum); //copy factory

一个更好的好处是，interface-based copy constructor或copy factory (称为conversion constructors / conversion factories)可以允许用户选择与原对象不同类的克隆对象。如

hashset s = ...;
new treeset(s); //将hashset转换成treeset

总结

 以上所述是小编给大家介绍的java中clone的写法，希望对大家有所帮助