Java中的clone方法-理解浅拷贝和深拷贝
程序员文章站
2022-04-06 11:36:55
最近学到Java虚拟机的相关知识,更加能理解clone方法的机制了 clone顾名思义就是复制, 在Java语言中, clone方法被对象调用,所以会复制对象。所谓的复制对象,首先要分配一个和源对象同样大小的空间,在这个空间中创建一个新的对象。 复制对象 or 复制引用 在Java中,以下类似的代码 ......
最近学到Java虚拟机的相关知识,更加能理解clone方法的机制了
clone顾名思义就是复制, 在Java语言中, clone方法被对象调用,所以会复制对象。所谓的复制对象,首先要分配一个和源对象同样大小的空间,在这个空间中创建一个新的对象。
复制对象 or 复制引用
在Java中,以下类似的代码非常常见:
Person p = new Person(23, "zhang"); Person p1 = p; System.out.println(p); System.out.println(p1);
当Person p1 = p;执行之后, 是创建了一个新的对象吗? 首先看打印结果:
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
可已看出,打印的地址值是相同的,既然地址都是相同的,那么肯定是同一个对象。p和p1只是引用而已,他们都指向了一个相同的对象Person(23, "zhang") 。 可以把这种现象叫做引用的复制。上面代码执行完成之后, 内存中的情景如下图所示:
而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。
Person p = new Person(23, "zhang"); Person p1 = (Person) p.clone(); System.out.println(p); System.out.println(p1);
从打印结果可以看出,两个对象的地址是不同的,也就是说创建了新的对象, 而不是把原对象的地址赋给了一个新的引用变量:
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0
以上代码执行完成后, 内存中的情景如下图所示:
深拷贝 or 浅拷贝
上面的示例代码中,Person中有两个成员变量,分别是name和age, name是String类型, age是int类型。代码非常简单,如下所示:
public class Person implements Cloneable{ private int age ; private String name; public Person(int age, String name) { this.age = age; this.name = name; } public Person() {} public int getAge() { return age; } public String getName() { return name; } @Override protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { return (Person)super.clone(); } }
由于age是基本数据类型, 那么对它的拷贝没有什么疑议,直接将一个4字节的整数值拷贝过来就行。但是name是String类型的, 它只是一个引用, 指向一个真正的String对象,那么对它的拷贝有两种方式: 直接将源对象中的name的引用值拷贝给新对象的name字段, 或者是根据原Person对象中的name指向的字符串对象创建一个新的相同的字符串对象,将这个新字符串对象的引用赋给新拷贝的Person对象的name字段。这两种拷贝方式分别叫做浅拷贝和深拷贝。深拷贝和浅拷贝的原理如下图所示:
下面通过代码进行验证。如果两个Person对象的name的地址值相同, 说明两个对象的name都指向同一个String对象, 也就是浅拷贝, 而如果两个对象的name的地址值不同, 那么就说明指向不同的String对象, 也就是在拷贝Person对象的时候, 同时拷贝了name引用的String对象, 也就是深拷贝。验证代码如下:
Person p = new Person(23, "zhang"); Person p1 = (Person) p.clone(); String result = p.getName() == p1.getName() ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的"; System.out.println(result);
1 static class Body implements Cloneable{ 2 public Head head; 3 4 public Body() {} 5 6 public Body(Head head) {this.head = head;} 7 8 @Override 9 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 10 return super.clone(); 11 } 12 13 } 14 static class Head /*implements Cloneable*/{ 15 public Face face; 16 17 public Head() {} 18 public Head(Face face){this.face = face;} 19 20 } 21 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 22 23 Body body = new Body(new Head()); 24 25 Body body1 = (Body) body.clone(); 26 27 System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) ); 28 29 System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head)); 30 31 32 }
在以上代码中, 有两个主要的类, 分别为Body和Face, 在Body类中, 组合了一个Face对象。当对Body对象进行clone时, 它组合的Face对象只进行浅拷贝。打印结果可以验证该结论:
body == body1 : false
body.head == body1.head : true
body.head == body1.head : true
如果要使Body对象在clone时进行深拷贝, 那么就要在Body的clone方法中,将源对象引用的Head对象也clone一份。
1 static class Body implements Cloneable{ 2 public Head head; 3 public Body() {} 4 public Body(Head head) {this.head = head;} 5 6 @Override 7 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 8 Body newBody = (Body) super.clone(); 9 newBody.head = (Head) head.clone(); 10 return newBody; 11 } 12 13 } 14 static class Head implements Cloneable{ 15 public Face face; 16 17 public Head() {} 18 public Head(Face face){this.face = face;} 19 @Override 20 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 21 return super.clone(); 22 } 23 } 24 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 25 26 Body body = new Body(new Head()); 27 28 Body body1 = (Body) body.clone(); 29 30 System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) ); 31 32 System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head)); 33 34 35 }
打印结果为:
body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head == body1.head : false
由此可见, body和body1内的head引用指向了不同的Head对象, 也就是说在clone Body对象的同时, 也拷贝了它所引用的Head对象, 进行了深拷贝。
真的是深拷贝吗
由上一节的内容可以得出如下结论:如果想要深拷贝一个对象, 这个对象必须要实现Cloneable接口,实现clone方法,并且在clone方法内部,把该对象引用的其他对象也要clone一份 , 这就要求这个被引用的对象必须也要实现Cloneable接口并且实现clone方法。
那么,按照上面的结论, Body类组合了Head类, 而Head类组合了Face类,要想深拷贝Body类,必须在Body类的clone方法中将Head类也要拷贝一份,但是在拷贝Head类时,默认执行的是浅拷贝,也就是说Head中组合的Face对象并不会被拷贝。验证代码如下:(这里本来只给出Face类的代码就可以了, 但是为了阅读起来具有连贯性,避免丢失上下文信息, 还是给出整个程序,整个程序也非常简短)
1 static class Body implements Cloneable{ 2 public Head head; 3 public Body() {} 4 public Body(Head head) {this.head = head;} 5 6 @Override 7 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 8 Body newBody = (Body) super.clone(); 9 newBody.head = (Head) head.clone(); 10 return newBody; 11 } 12 13 } 14 15 static class Head implements Cloneable{ 16 public Face face; 17 18 public Head() {} 19 public Head(Face face){this.face = face;} 20 @Override 21 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 22 return super.clone(); 23 } 24 } 25 26 static class Face{} 27 28 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 29 30 Body body = new Body(new Head(new Face())); 31 32 Body body1 = (Body) body.clone(); 33 34 System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) ); 35 36 System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head)); 37 38 System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " + (body.head.face == body1.head.face)); 39 40 41 }
打印结果为:
body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true
内存结构图如下图所示:
那么,对Body对象来说,算是这算是深拷贝吗?其实应该算是深拷贝,因为对Body对象内所引用的其他对象(目前只有Head)都进行了拷贝,也就是说两个独立的Body对象内的head引用已经指向了独立的两个Head对象。但是,这对于两个Head对象来说,他们指向了同一个Face对象,这就说明,两个Body对象还是有一定的联系,并没有完全的独立。这应该说是一种不彻底的深拷贝。
如何进行彻底的深拷贝
对于上面的例子来说,怎样才能保证两个Body对象完全独立呢?只要在拷贝Head对象的时候,也将Face对象拷贝一份就可以了。这需要让Face类也实现Cloneable接口,实现clone方法,并且在在Head对象的clone方法中,拷贝它所引用的Face对象。修改的部分代码如下:
1 static class Head implements Cloneable{ 2 public Face face; 3 4 public Head() {} 5 public Head(Face face){this.face = face;} 6 @Override 7 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 8 //return super.clone(); 9 Head newHead = (Head) super.clone(); 10 newHead.face = (Face) this.face.clone(); 11 return newHead; 12 } 13 } 14 15 static class Face implements Cloneable{ 16 @Override 17 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 18 return super.clone(); 19 } 20 }
写在最后
clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁,但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝,几乎是不可能实现的。深拷贝和彻底深拷贝,在创建不可变对象时,可能对程序有着微妙的影响,可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。
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