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【Go】Go语言中深拷贝和浅拷贝

article 2024/9/23 19:34:39

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文章目录

  • Go语言中深拷贝和浅拷贝
    • 一、深拷贝和浅拷贝的基本概念
      • 1.1 深拷贝（Deep Copy）
      • 1.2 浅拷贝（Shallow Copy）
    • 二、深拷贝和浅拷贝的区别
      • 2.1 数据复制
      • 2.2 对象关联
      • 2.3 内存占用
    • 三、Go语言中深拷贝和浅拷贝的使用场景
      • 3.1 深拷贝的使用场景
      • 3.2 浅拷贝的使用场景
    • 四、Go语言中深拷贝和浅拷贝的实现方法
      • 4.1 浅拷贝的实现
        • 示例1：引用类型的浅拷贝
        • 示例2：结构体的浅拷贝
      • 4.2 深拷贝的实现
        • 4.2.1 使用`json.Marshal`和`json.Unmarshal`
        • 4.2.2 递归深拷贝
    • 五、总结

Go语言中深拷贝和浅拷贝

在Go语言中，深拷贝（Deep Copy）和浅拷贝（Shallow Copy）是两种常见的对象复制方式，它们的主要区别在于是否真正获取到了被拷贝对象的单独掌控权，从而避免互相影响的问题。本文将结合实际案例，详细阐述Go语言中深拷贝和浅拷贝的概念、区别、使用场景及具体实现方法。

一、深拷贝和浅拷贝的基本概念

1.1 深拷贝（Deep Copy）

深拷贝是指创建一个新对象，并递归地复制原对象中的所有数据（包括子对象），使得新对象与原对象在内存中是完全独立的。修改新对象不会影响原对象，反之亦然。深拷贝保证了对象的完全独立性和数据的完整性。

1.2 浅拷贝（Shallow Copy）

浅拷贝只是复制了对象本身，而没有复制其所引用的子对象。换句话说，浅拷贝仅仅复制了对象的引用（或指针），使得原对象和新对象共享同一块内存空间。因此，修改新对象中的引用类型数据会影响到原对象，反之亦然。

二、深拷贝和浅拷贝的区别

2.1 数据复制

  • 深拷贝：复制所有数据，包括值和子对象。
  • 浅拷贝：只复制对象的引用，不复制子对象。

2.2 对象关联

  • 深拷贝：新对象与原对象完全独立，修改其中一个不会影响另一个。
  • 浅拷贝：新对象与原对象共享部分数据（如子对象），修改其中一个可能会影响另一个。

2.3 内存占用

  • 深拷贝：由于复制了所有数据，因此可能会占用更多内存。
  • 浅拷贝：只复制引用，占用内存较少。

三、Go语言中深拷贝和浅拷贝的使用场景

3.1 深拷贝的使用场景

  • 当需要创建一个独立的对象，并且不希望修改原始对象时，应使用深拷贝。例如，处理敏感数据时，为了避免数据泄露，需要复制一份新的数据进行操作。
  • 在并发编程中，当多个goroutine需要操作同一份数据的副本时，为了防止竞态条件，应使用深拷贝。

3.2 浅拷贝的使用场景

  • 当需要创建一个对象的副本，并且希望修改副本时，可以使用浅拷贝。这样，修改副本的同时也会影响到原对象，这在某些场景下是需要的。
  • 在某些性能敏感的场景下，为了减少内存占用和提高性能，可以使用浅拷贝。

四、Go语言中深拷贝和浅拷贝的实现方法

4.1 浅拷贝的实现

在Go语言中，值类型的变量在赋值时默认进行深拷贝（因为值类型的数据直接存储在变量中），而引用类型的变量在赋值时默认进行浅拷贝（因为引用类型的数据存储在堆上，变量中只存储指向数据的指针）。

示例1：引用类型的浅拷贝
package main

import "fmt"

func main() {
    slice1 := []int{1, 2, 3}
    slice2 := slice1 // 浅拷贝
    slice2[0] = 10
    fmt.Println(slice1) // 输出: [10 2 3]
}

在上面的例子中，slice2是slice1的浅拷贝，它们共享同一个底层数组。因此，修改slice2的第一个元素也会影响到slice1。

示例2：结构体的浅拷贝
package main

import "fmt"

type Dog struct {
    Name string
    Age  int
}

func main() {
    dog1 := Dog{Name: "dog1", Age: 11}
    dog2 := dog1 // 浅拷贝
    dog2.Name = "dog2"
    fmt.Println(dog1) // 输出: {dog1 11}
    fmt.Println(dog2) // 输出: {dog2 11}
}

虽然在这个例子中dog2看起来像是dog1的深拷贝（因为修改dog2.Name没有影响到dog1.Name），但实际上这是因为Dog结构体中的字段都是值类型，它们在赋值时自然进行了深拷贝。如果Dog结构体中包含引用类型的字段，那么就会表现出浅拷贝的特性。

4.2 深拷贝的实现

Go标准库中没有直接提供深拷贝的函数，但可以通过以下几种方式实现深拷贝：

4.2.1 使用json.Marshal和json.Unmarshal

这是一种简单但效率较低的方法，适用于简单的结构体。通过将对象序列化为JSON字符串，然后再反序列化回一个新对象，从而实现深拷贝。

package main

import (
    "encoding/json"
    "fmt"
)

type Person struct {
    Name string
    Age  int
}

func main() {
    person1 := Person{"Alice", 25}
    var person2 Person

    // 序列化
    data, err := json.Marshal(person1)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // 反序列化
    err = json.Unmarshal(data, &person2)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    person2.Age = 30
    fmt.Println(person1) // 输出: {Alice 25}
    fmt.Println(person2) // 输出: {Alice 30}
}

这种方法虽然简单，但有几个缺点：

  • 需要对象可以序列化为JSON格式，且序列化和反序列化过程需要遍历整个对象，效率较低。
  • 如果对象中包含循环引用或特殊类型（如函数、channel等），则无法正确序列化。
4.2.2 递归深拷贝

对于复杂的数据结构，可以使用递归深拷贝的方法。这种方法需要手动编写代码来遍历对象中的所有字段，如果是基本类型则直接复制，如果是复杂类型（如结构体、切片、映射等）则递归调用深拷贝函数。

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func DeepCopy(input interface{}) interface{} {
    if input == nil {
        return nil
    }

    switch reflect.TypeOf(input).Kind() {
    case reflect.Bool, reflect.String, reflect.Int, reflect.Int8, reflect.Int16,
        reflect.Int32, reflect.Int64, reflect.Float32, reflect.Float64:
        return input
    case reflect.Struct:
        in := reflect.ValueOf(input)
        out := reflect.New(in.Type()).Elem()
        for i := 0; i < in.NumField(); i++ {
            field := in.Field(i)
            if field.CanInterface() {
                // 递归调用DeepCopy
                out.Field(i).Set(reflect.ValueOf(DeepCopy(field.Interface())))
            }
        }
        return out.Interface()
    // 可以根据需要添加对切片、映射等类型的支持
    default:
        // 其他类型根据需要进行处理
        return input
    }
}

func main() {
    // 示例结构体
    type Object struct {
        Num   int
        Str   string
        Slice []int
        Map   map[string]int
        Person
    }

    // 匿名结构体Person
    type Person struct {
        Name string
        Age  int
    }

    obj1 := &Object{
        Num:   1,
        Str:   "hello",
        Slice: []int{2, 3},
        Map:   map[string]int{"age": 18},
        Person: Person{
            Name: "Lucas",
            Age:  20,
        },
    }

    // 深拷贝
    obj2 := DeepCopy(obj1).(*Object)

    // 修改obj1的Name字段
    obj1.Person.Name = "Nina"

    fmt.Println("obj1:", obj1)
    fmt.Println("obj2:", obj2)
}

// 输出结果：
// obj1: &{1 hello [2 3] map[age:18] {Nina 20}}
// obj2: &{1 hello [2 3] map[age:18] {Lucas 20}}

在这个例子中，我们定义了一个DeepCopy函数，它使用反射来遍历对象中的所有字段，并根据字段类型进行相应的深拷贝处理。对于结构体类型，我们递归调用DeepCopy函数来处理其内部字段。这样，无论对象包含多少层嵌套，都能实现完整的深拷贝。

五、总结

深拷贝和浅拷贝是Go语言中常见的对象复制方式，它们的主要区别在于是否真正获取到了被拷贝对象的单独掌控权。深拷贝会复制对象的所有数据和子对象，使得新对象与原对象完全独立；而浅拷贝只是复制了对象的引用，使得新对象与原对象共享同一块内存空间。在选择使用深拷贝还是浅拷贝时，需要根据具体的场景和需求来决定。

在实际编程中，深拷贝通常比浅拷贝更加复杂和昂贵，因为它需要递归地复制对象的所有部分，包括嵌套的对象和集合。然而，深拷贝提供了更高的数据独立性和安全性，避免了因修改副本而影响原始数据的风险。


http://www.kler.cn/news/316484.html

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