Java中的clone方法

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Java中的clone方法

　　Java不仅吸收了C++语言的各种优点，还摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念。那么大家知道Java中的clone方法是什么呢?下面一起来看看!

　　Java中对象的创建

　　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。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。

　　复制对象 or 复制引用

　　在Java中，以下类似的代码非常常见：

　　[java] view plain copyPerson 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

　　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。 (关于引用和对象的区分，可以参考我之前的文章Java中的String为什么是不可变的? -- String源码分析，其中有一节讲到了引用和对象的区分)。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。

　　[java] view plain copyPerson 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

　　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：

　　[java] view plain copypublic 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：

　　[java] view plain copyPerson 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);

　　打印结果为：

　　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。

　　覆盖Object中的clone方法，实现深拷贝

　　现在为了要在clone对象时进行深拷贝，那么就要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：

　　[java] view plain copystatic class Body implements Cloneable{

　　public Head head;

　　public Body() {}

　　public Body(Head head) {this.head = head;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　return super.clone();

　　}

　　static class Head /*implements Cloneable*/{

　　public Face face;

　　public Head() {}

　　public Head(Face face){this.face = face;}

　　}

　　public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

　　Body body = new Body(new Head());

　　Body body1 = (Body) body.clone();

　　System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

　　System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head));

　　}

　　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。

　　[java] view plain copystatic class Body implements Cloneable{

　　public Head head;

　　public Body() {}

　　public Body(Head head) {this.head = head;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　Body newBody = (Body) super.clone();

　　newBody.head = (Head) head.clone();

　　return newBody;

　　}

　　static class Head implements Cloneable{

　　public Face face;

　　public Head() {}

　　public Head(Face face){this.face = face;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　return super.clone();

　　}

　　public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

　　Body body = new Body(new Head());

　　Body body1 = (Body) body.clone();

　　System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

　　System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head));

　　}

　　打印结果为：

　　body == body1 : 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)

　　[java] view plain copystatic class Body implements Cloneable{

　　public Head head;

　　public Body() {}

　　public Body(Head head) {this.head = head;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　Body newBody = (Body) super.clone();

　　newBody.head = (Head) head.clone();

　　return newBody;

　　}

　　static class Head implements Cloneable{

　　public Face face;

　　public Head() {}

　　public Head(Face face){this.face = face;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　return super.clone();

　　}

　　static class Face{}

　　public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

　　Body body = new Body(new Head(new Face()));

　　Body body1 = (Body) body.clone();

　　System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

　　System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head));

　　System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " + (body.head.face == body1.head.face));

　　}

　　打印结果为：

　　body == body1 : false

　　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：

　　[java] view plain copystatic class Head implements Cloneable{

　　public Face face;

　　public Head() {}

　　public Head(Face face){this.face = face;}

　　@Override

　　protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

　　//return super.clone();

　　Head newHead = (Head) super.clone();

　　newHead.face = (Face) this.face.clone();

　　return newHead;