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Java基础——clone()方法浅析

一、clone的概念 

  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。那么在java语言中,有几种方式可以创建对象呢? 

  1. 使用new操作符创建一个对象
  2. 使用clone方法复制一个对象 

  那么这两种方式有什么相同和不同呢?

  • new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时, 首先去看new操作符后面的类型,因为知道了类型,才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后,再调用构造函数,填充对象的各个域,这一步叫做对象的初始化,构造方法返回后,一个对象创建完毕,可以把他的引用(地址)发布到外部,在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。 1 Person p = new Person(23, "zhang"); 2 Person p1 = p; 3 4 System.out.println(p); 5 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 可以看出,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。 
  • 而clone在第一步是和new相似的, 都是分配内存,调用clone方法时,分配的内存和源对象(即调用clone方法的对象)相同,然后再使用原对象中对应的各个域,填充新对象的域, 填充完成之后,clone方法返回,一个新的相同的对象被创建,同样可以把这个新对象的引用发布到外部。注意:如果一个类没有复写clone()方法,则clone()方法默认的是返回一个Object对象,我们可以强制转化为我们需要的类。 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

二、clone的用法

  Java编程中经常会用到clone()方法,clone()方法是Object类的一个protected的方法,由于非静态所以不能直接调用,但是可以被子类调用。Object类的clone()方法会知道对象大小,为其分配足够的内存空间,并将其对象的内容复制到新的对象中。但是,clone()方法在执行其动作之前必须先检查class是否实现了Cloneable接口。Cloneable接口和Serialiable接口一样是一个标记接口,没有任何内容。

Java中clone()方法的含义是,假设x是一个非空的对象,则:

    x.clone() != x                  为true,就是说他们不是同一个对象

    x.clone(),getClass() == x.getClass()      为true,说明他们是同一类型的class

    x.equals(x.clone())                为true,说明逻辑上应该相同

  一个类的对象要想在调用clone()方法时不抛出CloneNotSupportedException,有两种方法:

  1. 该类在定义声明时声明实现了Cloneable接口,即在声明时加上“implements Cloneable”即可(浅拷贝
  2. 该类在定义时,声明实现Cloneable接口,并且复写clone()方法,并将其声明为public(深拷贝

三、浅析clone()方法与浅拷贝、深拷贝概念

  在上面一节中我们发现正确使用clone()方法的两种方法的结果并不相同,直接实现Cloneable接口只是实现了浅拷贝,而复写clone()方法则可以实现深拷贝。那么,这种copy有什么区别呢?

  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:

 1 public class Person implements Cloneable{
 2      
 3     private int age ;
 4     private String name;
 5      
 6     public Person(int age, String name) {
 7         this.age = age;
 8         this.name = name;
 9     }
10      
11     public Person() {}
12  
13     public int getAge() {
14         return age;
15     }
16  
17     public String getName() {
18         return name;
19     }
20      
21     @Override
22     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
23         return (Person)super.clone();
24     }
25 }

  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();
 
System.out.println("p.getName().hashCode() : " + p.getName().hashCode());
System.out.println("p1.getName().hashCode() : " + p1.getName().hashCode());
 
String result = p.getName().hashCode() == p1.getName().hashCode() 
        ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";
 
System.out.println(result);

打印结果为:

  p.getName().hashCode() : 115864556   p1.getName().hashCode() : 115864556   clone是浅拷贝的

  所以,clone方法执行的是浅拷贝, 在编写程序时要注意这个细节。 

四、深拷贝的实现

  为了要在clone对象时进行深拷贝, 那么就要实现Clonable接口,覆盖并实现clone方法,除了调用父类中的clone方法得到新的对象, 还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用Object中默认的clone方法,是浅拷贝的,再次以下面的代码验证:

 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          
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

  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 : true   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

  但是,我们可以看到,Head类中的face对象的clone()是浅复制,所以这里肯定还会存在一个结果是body.head.face == body1.head.face : false,这表明这样写的clone()并不是很彻底,那么要进行完全彻底的深复制,我们应该写成这样:

 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 }

我们需要对对象中的每一个引用进行深拷贝才能彻底实现深拷贝。

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