淺拷貝和深拷貝深入理解(shallow copy VS deep copy)

2020-01-24 02:53:24

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供稿：網(wǎng)友

引言
C#中有兩種類型變量，一種是值類型變量，一種是引用類型變量,對于值類型變量，深拷貝和前拷貝都是通過賦值操作符號(=)實(shí)現(xiàn)，其效果一致，將對象中的值類型的字段拷貝到新的對象中.這個很容易理解。本文重點(diǎn)討論引用類型變量的拷貝機(jī)制和實(shí)現(xiàn)。

C#中引用類型對象的copy操作有兩種：

•淺拷貝(影子克隆/shallow copy):只復(fù)制對象的值類型字段,對象的引用類型,仍屬于原來的引用.
•深拷貝(深度克隆):不僅復(fù)制對象的值類型字段,同時也復(fù)制原對象中的對象.就是說完全是新對象產(chǎn)生的.

淺拷貝和深拷貝之間的區(qū)別：淺拷貝是指將對象中的數(shù)值類型的字段拷貝到新的對象中，而對象中的引用型字段則指復(fù)制它的一個引用到目標(biāo)對象。

注意：string類型有點(diǎn)特殊，對于淺拷貝，類值類型對象進(jìn)行處理。

淺拷貝的實(shí)現(xiàn)
1.使用Object類MemberwiseClone實(shí)現(xiàn)
MemberwiseClone:創(chuàng)建當(dāng)前 Object 的淺表副本。
MemberwiseClone 方法創(chuàng)建一個淺表副本，方法是創(chuàng)建一個新對象，然后將當(dāng)前對象的非靜態(tài)字段復(fù)制到該新對象。如果字段是值類型的，則對該字段執(zhí)行逐位復(fù)制。如果字段是引用類型，則復(fù)制引用但不復(fù)制引用的對象；因此，原始對象及其復(fù)本引用同一對象。

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Person
    {
        public int Age { get; set; }
        public string Address { get; set; }
        public Name Name { get; set; }

        public object Clone()
        {
           return   this.MemberwiseClone();
        }

}

    public class Name
    {
        public Name(string frisName,string lastName)
        {
            FristName = frisName;
            LastName = lastName;
        }
        public string FristName { get; set; }
        public string LastName { get; set; }
    }

2.賦值操作(=)VS使用Object類MemberwiseClone實(shí)現(xiàn)
對于引用類型的變量，我們有種誤解，認(rèn)為賦值操作就是淺拷貝一種，其實(shí)不然，兩者有區(qū)別。

1.淺拷貝(shallow copy)對于引用類型對象中的值類型字段進(jìn)行了逐位復(fù)制。賦值運(yùn)算符只是把源對象的引用賦值給目的對象，兩者引用同一個對象。

2.淺拷貝后的對象的值類型字段更改不會反映到源對象，而賦值運(yùn)算后的對象的值類型字段更改會反映到源對象

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Person
    {
        public int Age { get; set; }
        public string Address { get; set; }
        public Name Name { get; set; }
    }

深拷貝實(shí)現(xiàn)
相對于淺拷貝,是指依照源對象為原型，創(chuàng)建一個新對象，將當(dāng)前對象的所有字段進(jìn)行執(zhí)行逐位復(fù)制并支持遞歸，不管是是值類型還是引用類型，不管是靜態(tài)字段還是非靜態(tài)字段。
在C#中，我們們有三種方法實(shí)現(xiàn)深拷貝

1.實(shí)現(xiàn)ICloneable接口，自定義拷貝功能。

ICloneable 接口，支持克隆，即用與現(xiàn)有實(shí)例相同的值創(chuàng)建類的新實(shí)例。

ICloneable 接口包含一個成員 Clone，它用于支持除 MemberwiseClone 所提供的克隆之外的克隆。Clone 既可作為深層副本實(shí)現(xiàn)，也可作為淺表副本實(shí)現(xiàn)。在深層副本中，所有的對象都是重復(fù)的；而在淺表副本中，只有頂級對象是重復(fù)的，并且頂級以下的對象包含引用。結(jié)果克隆必須與原始實(shí)例具有相同的類型或是原始實(shí)例的兼容類型。

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Person:ICloneable
    {
        public int Age { get; set; }
        public string Address { get; set; }
        public Name Name { get; set; }

        public object Clone()
        {
            Person tem = new Person();
            tem.Address = this.Address;
            tem.Age = this.Age;

tem.Name = new Name(this.Name.FristName, this.Name.LastName);

            return tem;
        }
    }

    public class Name
    {
        public Name(string frisName, string lastName)
        {
            FristName = frisName;
            LastName = lastName;
        }
        public string FristName { get; set; }
        public string LastName { get; set; }
    }

大家可以看到,Person類繼承了接口ICloneable并手動實(shí)現(xiàn)了其Clone方法,這是個簡單的類,試想一下,如果你的類有成千上萬個引用類型成員(當(dāng)然太夸張,幾十個還是有的)，這是不是份很恐怖的勞力活？

2.序列化/反序列化類實(shí)現(xiàn)

不知道你有沒有注意到DataSet對象,對于他提供的兩個方法:

DataSet.Clone 方法，復(fù)制 DataSet 的結(jié)構(gòu)，包括所有 DataTable 架構(gòu)、關(guān)系和約束。不要復(fù)制任何數(shù)據(jù)。

新 DataSet，其架構(gòu)與當(dāng)前 DataSet 的架構(gòu)相同，但是不包含任何數(shù)據(jù)。注意如果已創(chuàng)建這些類的子類，則復(fù)本也將屬于相同的子類。

DataSet.Copy 方法復(fù)制該 DataSet 的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù).

新的 DataSet，具有與該 DataSet 相同的結(jié)構(gòu)（表架構(gòu)、關(guān)系和約束）和數(shù)據(jù)。注意如果已創(chuàng)建這些類的子類，則副本也將屬于相同的子類。

好像既不是淺拷貝,又不是深拷貝，是不是很失望？但是兩個結(jié)合起來不是我們要的深拷貝嗎？看看DataSet的實(shí)現(xiàn)，注意序列化接口：ISerializable

序列化是將對象或?qū)ο髨D形轉(zhuǎn)換為線性字節(jié)序列，以存儲或傳輸?shù)搅硪粋€位置的過程。反序列化是接受存儲的信息并利用它重新創(chuàng)建對象的過程。

通過 ISerializable 接口，類可以執(zhí)行其自己的序列化行為。

轉(zhuǎn)換為線性字節(jié)序列后并利用其重新創(chuàng)建對象的過程是不是和我們的深拷貝的語意“逐位復(fù)制”很相像？

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

[Serializable]
    public class Person : ICloneable
    {
        public int Age { get; set; }
        public string Address { get; set; }
        public Name Name { get; set; }

        public object Clone()
        {
            using (MemoryStream ms = new MemoryStream(1000))
            {
                object CloneObject;

BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter(null, new StreamingContext(StreamingContextStates.Clone));
bf.Serialize(ms, this);

ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

// 反序列化至另一個對象（即創(chuàng)建了一個原對象的深表副本）
CloneObject = bf.Deserialize(ms);

                // 關(guān)閉流
                ms.Close();
                return CloneObject;
            }
        }
    }

    [Serializable]
    public class Name
    {
        public Name(string frisName, string lastName)
        {
            FristName = frisName;
            LastName = lastName;
        }
        public string FristName { get; set; }
        public string LastName { get; set; }
    }

}

注意：通過序列化和反序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝，其和其字段類型必須標(biāo)記為可序列化類型，既添加特性(Attribute)[Serializable]。

3.通過反射實(shí)現(xiàn)
通過序列化/反序列化方式我們能比較流暢的實(shí)現(xiàn)深拷貝，但是涉及到IO操作，托管的的環(huán)境中，IO操作比較消耗資源。能不能有更優(yōu)雅的解決方案。CreateInstance，對，利用反射特性。這個方法大家可以參考這篇博客：http://rubenhak.com/?p=70 文章反射類的Attribute，利用Activator.CreateInstance New一個類出來(有點(diǎn)像DataSet.Clone先獲得架構(gòu))，然后利用PropertyInfo的SetValue和GetValue方法，遍歷的方式進(jìn)行值填充。

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Person
{
private List<Person> _friends = new List<Person>();

public string Firstname { get; set; }
public string Lastname { get; set; }

    [Cloneable(CloneableState.Exclude)]
    [Cloneable(CloneableState.Include, "Friends")]
    public List<Person> Friends { get { return _friends; } }

[Cloneable(CloneableState.Exclude)]
public PersonManager Manager { get; set; }
}

C#為什么要設(shè)計(jì)深拷貝和淺拷貝？
這個我也一直也找不到一個合適的答案，希望有人來討論下！點(diǎn)擊下載代碼

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