Java Clone机制
2009-02-18 17:13
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1 什么是 Clone ,容易实现吗?
简单地说, Clone 就是对于给定的一个对象实例 o ,得到另一个对象实例 o’ : o 与 o’ 类型相同( o.getClass() == o’.getClass() ),内容相同(对于 o/o’ 中的字段 f ,如果 f 是基本数据类型,则 o.f == o’.f ;如果 f 是对象引用,则 o.f == o’.f 或 o.f 指向的对象与 o’.f 指向的对象的内容相同)。通常称 o’ 为 o 的克隆或副本。
直观上看,似乎很容易为一个类加上 clone 方法:
class A { private Type1 field1; private Type2 field2; ….. public Object clone() { A a = new A(); a.field1 = a.getField1(); a.field2 = a.getField2(); …… return a; } } |
然而,稍加推敲,就会发现这样的实现方法有两个问题:
1. 要想某个类有 clone 功能,必须单独为其实现 clone() 函数,函数实现代码与该类定义密切相关。
2. 即使基类 A 已有 clone() 函数,其子类 ExtendA 若要具备 clone 功能,则必须 override 其基类 A 的 clone() 函数。否则,对类型为 ExtendA 的对象 ea 的 clone() 方法的调用,会执行于类 A 中定义的 clone() 方法而返回一个类型为 A 的对象,它显然不是 ea 的克隆。
2 Java 对 clone 的支持
万类之初的 Object 类有 clone() 方法:protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException; |
与具体平台相关的底层工作。
事实上,类 Object 的 clone() 方法首先会检查 this.getClass() 是否实现了 Cloneable 接口。
Cloneable 只是一个标志接口而已,用来标志该类是否有克隆功能。
public interface Cloneable { } |
如此一来,我们要定义一个具有 Clone 功能的类就相当方便:
1. 在类的声明中加入“ implements Cloneable ”,标志该类有克隆功能;
2. Override 类 Object 的 clone() 方法,在该方法中调用 super.clone() :
class CloneableClass implements Cloneable { …… public Object clone() { try { return super.clone(); // 直接让 Object.clone() 为我们代劳一切 } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } } } |
3 Shallow Clone 与 Deep Clone
3.1 Shallow 与 Deep 从何而来
一个具有克隆功能的类,如果有可变( Mutable )类类型的字段 field ,如何为其克隆(副本)对象 o’ 中的 field 赋值?
方法一、如 Object 的 clone() 方法所实现:设原始对象为 o ,其克隆对象是 o’ ,执行 o’.field = o.field 。这样, o’.field 与 o.field 指向同一个可变对象 m 。 o 与 o’ 可能会相互影响(一个对象的状态可能会随着另一个对象的状态的改变而改变)。这样的 Clone 称为 Shallow Clone 。这也是 Object 的 clone() 方法的实现方式。
方法二、将 o.field 指向的可变对象 m 克隆,得到 m’ ,将 m’ 的引用赋值给 o’.field 。这样 o’ 与 o 内容相同,且相互之间无影响(一个对象状态的改变不会影响另一个对象的状态)。这样的 Clone 称为 Deep Clone 。
Java Collection 类库中具体数据结构类( ArrayList/LinkedList , HashSet/TreeSet , HashMap/TreeMap 等)都具有克隆功能,且都是 Shallow Clone ,这样设计是合理的,因为它们不知道存放其中的每个数据对象是否也有克隆功能。 System.arrayCopy() 的实现采用的也是 Shallow Clone 。
Deep Clone 对于实现不可变( Immutable )类很有帮助。设一个类包含可变类 M 类型的 field ,如何将其设计为不可变类呢?先为 M 实现 Deep Clone 功能,然后这样设计类 ImmutableClass :
class ImmutableClass { MutableClass m; ImmutableClass(MutableClass m) { this.m = m.clone(); // 将传入的 m 的 clone 赋值给内部 m } public MutableClass getM() { return this.m.clone(); // 将内部 m 的 clone 返回给外部 } } |
3.2 如何实现 Deep Clone
检查类有无可变类类型的字段。如果无,返回 super.clone() 即可;如果有,确保包含的可变类本身都实现了 Deep Clone ;
Object o = super.clone(); // 先执行浅克隆,确保类型正确和基本类型及非可变类类型字段内容正确
对于每一个可变类类型的字段 field :
o.field = this.getField().clone();
返回 o 。
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