java中对象克隆的基本应用

2023-11-19

为什么需要克隆对象?直接new一个对象不行吗?

答案是:克隆的对象可以直接使用已经有的属性值,而new出来的对象的属性都还是初始化时候的值,所以当需要一个新的对象来保存当前对象的“状态”就靠clone方法了。那么我把这个对象的临时属性一个一个的赋值给我新new的对象不也行嘛?可以是可以,但是一来麻烦不说,二来克隆对象所用的clone()方法是一个native方法,就是快啊,在底层实现的。而且,通过clone方法赋值的对象跟原来的对象也是相互独立的。


clone()方法

假如说你想复制一个简单变量。很简单:

int apples = 5;  
int pears = apples;  

不仅仅是int类型,其它七种原始数据类型(boolean,char,byte,short,float,double.long)同样适用于该类情况。

但是如果你复制的是一个对象,情况就有些复杂了。注意,下方这样不是对象的克隆:

Student stu1 = new Student();   
Student stu2 = stu1; 

这个只是将对象的引用赋值给了另外一个变量。stu2指向的仍然是原来的对象。

那么,怎样才能复制一个对象呢?一种常见的方式就是使用Object类中的clone()方法,该方法源码如下

/*
Creates and returns a copy of this object. The precise meaning of "copy" may depend on the class of the object.
The general intent is that, for any object x, the expression:
1) x.clone() != x will be true
2) x.clone().getClass() == x.getClass() will be true, but these are not absolute requirements.
3) x.clone().equals(x) will be true, this is not an absolute requirement.
*/
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

可以发现这是一个native方法,大家都知道native方法是非Java语言实现的代码,供Java程序调用的,因为Java程序是运行在JVM虚拟机上面的,要想直接访问到底层与操作系统相关的就没办法了,只能由靠近操作系统的语言来实现。


浅克隆和深克隆

1、浅克隆

在浅克隆中,如果原型对象的成员变量是值类型,将复制一份给克隆对象;如果原型对象的成员变量是引用类型,则将引用对象的地址复制一份给克隆对象,也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。

在Java语言中,通过实现Cloneable接口并重写Object类中的clone()方法可以实现浅克隆。

2、深克隆

在深克隆中,无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型,都将复制一份给克隆对象,深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。

简单来说,在深克隆中,除了对象本身被复制外,对象引用所包含的所有成员变量也将复制。

在Java语言中,如果需要实现深克隆,可以通过覆盖Object类的clone()方法实现,也可以通过序列化(Serialization)等方式来实现。

如果引用类型里面还包含很多引用类型,或者内层引用类型的类里面又包含引用类型,使用clone方法就会很麻烦。这时我们可以用序列化的方式来实现对象的深克隆。

序列化就是将对象写到流的过程,写到流中的对象是原有对象的一个拷贝,而原对象仍然存在于内存中。通过序列化实现的拷贝不仅可以复制对象本身,而且可以复制其引用的成员对象,因此通过序列化将对象写到一个流中,再从流里将其读出来,可以实现深克隆。需要注意的是能够实现序列化的对象其类必须实现Serializable接口,否则无法实现序列化操作。

Java语言提供的Cloneable接口和Serializable接口的代码非常简单,它们都是空接口,这种空接口也称为标识接口,标识接口中没有任何方法的定义,其作用是告诉JRE这些接口的实现类是否具有某个功能,如是否支持克隆、是否支持序列化等。

浅克隆的具体实现

浅克隆的一般步骤是:

1. 被复制的类需要实现Clonenable接口(不实现的话在调用clone方法会抛出CloneNotSupportedException异常), 该接口为标记接口(不含任何方法)

2. 覆盖clone()方法,访问修饰符设为public。方法中调用super.clone()方法得到需要的复制对象。(native为本地方法)

class Student implements Cloneable{  
    private int number;  
  
    public int getNumber() {  
        return number;  
    }  
  
    public void setNumber(int number) {  
        this.number = number;  
    }  
      
    @Override  
    public Object clone() {  
        Student stu = null;  
        try{  
            stu = (Student)super.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return stu;  
    }  
}  
public class Test {  
    public static void main(String args[]) {  
        Student stu1 = new Student();  
        stu1.setNumber(12345);  
        Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
          
        System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber());  
        System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber());  
          
        stu2.setNumber(54321);  
      
        System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber());  
        System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber());  
    }  
}  

注意:由于继承下来的clone是protected权限,如果不重写clone方法,并且将clone方法的权限等级上升到public的话,那么clone方法只能在子类调用,不能被外部类调用。 

深克隆的具体实现

我们在学生类里再加一个Address类。

 1 class Address  {  
 2     private String add;  
 3   
 4     public String getAdd() {  
 5         return add;  
 6     }  
 7   
 8     public void setAdd(String add) {  
 9         this.add = add;  
10     }  
11       
12 }  
13   
14 class Student implements Cloneable{  
15     private int number;  
16   
17     private Address addr;  
18       
19     public Address getAddr() {  
20         return addr;  
21     }  
22   
23     public void setAddr(Address addr) {  
24         this.addr = addr;  
25     }  
26   
27     public int getNumber() {  
28         return number;  
29     }  
30   
31     public void setNumber(int number) {  
32         this.number = number;  
33     }  
34       
35     @Override  
36     public Object clone() {  
37         Student stu = null;  
38         try{  
39             stu = (Student)super.clone();  
40         }catch(CloneNotSupportedException e) {  
41             e.printStackTrace();  
42         }  
43         return stu;  
44     }  
45 }  
46 public class Test {  
47       
48     public static void main(String args[]) {  
49           
50         Address addr = new Address();  
51         addr.setAdd("杭州市");  
52         Student stu1 = new Student();  
53         stu1.setNumber(123);  
54         stu1.setAddr(addr);  
55           
56         Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
57           
58         System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());  
59         System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());  
60     }  
61 } 

这样就行了吗?如果我们在main方法中试着改变addr实例的地址比如addr.setAdd("西湖区"),那么就会发现两个学生对象的地址都改变了。原因是浅复制只是复制了addr变量的引用,并没有为克隆来的引用对象单独开辟一块内存区域。所以,为了达到真正的复制对象,而不是纯粹引用复制。我们需要将Address类可复制化,并且修改clone方法,完整代码如下:

 1 package abc;  
 2   
 3 class Address implements Cloneable {  
 4     private String add;  
 5   
 6     public String getAdd() {  
 7         return add;  
 8     }  
 9   
10     public void setAdd(String add) {  
11         this.add = add;  
12     }  
13       
14     @Override  
15     public Object clone() {  
16         Address addr = null;  
17         try{  
18             addr = (Address)super.clone();  
19         }catch(CloneNotSupportedException e) {  
20             e.printStackTrace();  
21         }  
22         return addr;  
23     }  
24 }  
25   
26 class Student implements Cloneable{  
27     private int number;  
28   
29     private Address addr;  
30       
31     public Address getAddr() {  
32         return addr;  
33     }  
34   
35     public void setAddr(Address addr) {  
36         this.addr = addr;  
37     }  
38   
39     public int getNumber() {  
40         return number;  
41     }  
42   
43     public void setNumber(int number) {  
44         this.number = number;  
45     }  
46       
47     @Override  
48     public Object clone() {  
49         Student stu = null;  
50         try{  
51             stu = (Student)super.clone();   //浅复制  
52         }catch(CloneNotSupportedException e) {  
53             e.printStackTrace();  
54         }  
55         stu.addr = (Address)addr.clone();   //深度复制  
56         return stu;  
57     }  
58 }  
59 public class Test {  
60       
61     public static void main(String args[]) {  
62           
63         Address addr = new Address();  
64         addr.setAdd("杭州市");  
65         Student stu1 = new Student();  
66         stu1.setNumber(123);  
67         stu1.setAddr(addr);  
68           
69         Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
70           
71         System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());  
72         System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());  
73           
74         addr.setAdd("西湖区");  
75           
76         System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());  
77         System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());  
78     }  
79 }  

 这样结果就符合我们的想法了。最后我们可以看看API里其中一个实现了clone方法的类:java.util.Date:

/** 
 * Return a copy of this object. 
 */  
public Object clone() {  
    Date d = null;  
    try {  
        d = (Date)super.clone();  
        if (cdate != null) {  
            d.cdate = (BaseCalendar.Date) cdate.clone();  
        }  
    } catch (CloneNotSupportedException e) {} // Won't happen  
    return d;  
} 

另外序列化与发序列化实现克隆的方式详见IO基本使用。

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