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【Java 学习】对象赋值的艺术：Java中clone方法的浅拷贝与深拷贝解析，教你如何在Java中实现完美复制

article 2025/1/9 8:40:21

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# 1. 什么是自定义类型的赋值？
什么是赋值呢？

```java
	// 创建一个变量a，值为10
        int a = 10;
        // 把a的值赋值给b
        int b = a;
        
        // 他们两个的值一样
        System.out.println("a: "+a);
        System.out.println("b: "+ b);

在这里插入图片描述

int是Java中的内置类型，我们自己创建的自定义类型（类）可以赋值吗？

同学们看一下，判断这是我们自定义类型的赋值吗？

class Student{
    public String name;
    public int age;

    public Student(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        // 创建一个对象
        Student s1 = new Student("李华",18);
        // 把 s1的值赋值给s2
        Student s2 = s1;

        System.out.println(s1.toString());
        System.out.println(s2.toString());
    }
}

答： 不是的，在上面的代码中，s1和s2指向的是一个空间，s2并没有属于自己的空间。

如图：
在这里插入图片描述

我们想要的是：s2有自己的空间，并且空间的内容和s1一样（如下图）
在这里插入图片描述
自定义类型的赋值是：申请一个自己单独能管理的空间。

想要完成 “完美” 的赋值，就需要使用clone()方法

2. clone 方法

2.1 接口Cloneable 和 Object的中的clone方法

Cloneable 接口：
只有实现了 Cloneable 接口的类才可以正常调用 clone() 方法。否则会抛出 CloneNotSupportedException 异常。

Cloneable接口文档如下
在这里插入图片描述

重写 clone() 方法：
Object 类的 clone() 方法是 protected，所以在自定义类中重写时，必须将其访问修饰符改为 public，才能从外部访问。

Object类中的Clone方法：
在这里插入图片描述

总结：
当一个类需要写clone方法时，必须实现接口Cloneable，并且重写Object类中的clone方法。

如果想要更详细的了解Object类中的Clone方法，可以参考 Object 类

2.2 用clone 方法解决标题1的问题

标题1的问题很严重，因为两个引用类型都指向一个空间，那么，当其中一个对象修改属性时另一个对象的属性也会被修改

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        // 创建一个对象
        Student s1 = new Student("李华",18);
        // 把 s1的值赋值给s2
        Student s2 = s1;

        System.out.println(s1.toString());
        System.out.println(s2.toString());

        // 修改s1的name，s2的name也修改了
        s1.name = "王小明";
        System.out.println("只修改s1的name为 王小明");
        
        System.out.println(s1.toString());
        System.out.println(s2.toString());
    }
}

在这里插入图片描述
我们要做的是，进行赋值时给s2也开一个空间
在这里插入图片描述

需要在让Student类实现Cloneable接口，重写Object中的Clone方法，并且调Clone方法。

class Student implements Cloneable{
    public String name;
    public int age;

    public Student(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public Student clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (Student)super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args){


        try {
            // 创建一个对象
            Student s1 = new Student("李华",18);
            // 把 s1的值赋值给s2
            Student s2 = s1.clone(); // 调用object中的clone方法

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

            // 修改s1的name，s2的name也修改了
            s1.name = "王小明";
            System.out.println("只修改s1的name为 王小明");

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

在修改s1的name时，s2就不会随着s1而变动了。
在这里插入图片描述

2.3 Object类中clone方法的定义和用途

Object 类中的 clone() 方法用于创建当前对象的一个副本（即对象的浅拷贝）。它是一个受保护的方法（用protected修饰），所以默认情况下只有 Object 类本身及其子类可以调用。在实际开发中，clone() 方法常常被重写，以便提供更灵活的复制功能。

clone方法在object类的声明如下：

protected Object clone() throws CloneNotSupportedException;

想要深入的了解Object和clone方法请点击：Java的生命之源：走进Object类的神秘花园，解密Object类的背后故事

说明：

  • 返回值类型：Object 类型。返回的是当前对象的副本，因此返回值需要被强制转换为具体的类型。
  • 异常：CloneNotSupportedException，如果对象的类没有实现 Cloneable 接口，调用 clone() 方法时会抛出此异常。

clone() 方法是 Object 类中定义的，用于返回一个与当前对象相同的副本。在默认实现中，它是浅拷贝，意味着它会复制对象的基本数据类型字段，但如果对象包含引用类型的字段，那么这些字段依然指向原来的对象。

3. 浅拷贝

浅拷贝指的是在复制对象时，只复制对象的基本数据类型字段和引用字段的引用（即内存地址），并没有复制引用字段所指向的对象本身。也就是说，原对象和拷贝对象会共享对引用类型字段（例如数组、集合等）的引用。这就导致了如果你修改原对象中的引用类型字段，拷贝对象中的相同字段也会被修改。

在上述的例子中，super.clone() 方法通过 Object 类的 clone() 方法创建一个新的 Student 对象。

String name = “***”：这种方式使用字符串字面量创建字符串。

String name = new String(“***”)：这种方式会在堆内存中创建一个新的 String 对象，其内容为 “***”，当name的内容改变时，会再创建一个空间，然后把新的引用（空间地址）赋值给name。

由于 name（name=“***”） 和 age 都是基本数据类型和不可变对象（如 String），拷贝的过程中，name 和 age 会被直接复制。

对于 name 字段，String 是不可变的，所以即使修改原对象的 name 字段，拷贝对象的 name 字段也不会受到影响。

但是，当我们在Studnet类中提添加一个自定义的引用类型，再次仿照上述Main()类中的main方法操作，发生什么呢？

class Person{
    public int number; // 电话号码

    public Person(int number){
        this.number = number;
    }
}

class Student implements Cloneable{
    public String name;
    public int age;
    Person person;

    public Student(String name, int age,int number){
        person = new Person(number);
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public Student clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (Student)super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", number=" + person.number +
                '}';
    }
}



public class Main {
    public static void main(String[] args){


        try {
            // 创建一个对象
            Student s1 = new Student("李华",18,111);
            // 把 s1的值赋值给s2
            Student s2 = s1.clone();

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

            // 修改s1的号码为888
            s1.person.number = 888;
            System.out.println("只修改s1的号码为 888");

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

使用clone后，s1 和s2不是指向各自自己的空间了吗，为什么改变s1中的值而s2中的值也发生改变了呢？

这就是浅拷贝，浅拷贝指的是在复制对象时，只复制对象的基本数据类型字段和引用字段的引用（即内存地址），并没有复制引用字段所指向的对象本身

在Studnet类中，用一个引用变量person，创建s1时person指向自己的空间，person存储的是引用（空间地址，比如是0X555），当把s1克隆给s2时s2中的person存储也是0X555
在这里插入图片描述
为了解决这一问题，需要自己重写clone方法，并且手动的给person开空间。

4. 深拷贝

4.1 什么是深拷贝？

简单的来说，深拷贝就是解决浅拷贝存在的问题，为对象中的引用类型也开辟自己的空间，把类的赋值完美化。

在这里插入图片描述

4.2 解决浅拷贝遗留的问题

为了解决浅拷贝遗留的问题，需要在Person类中也写一个clone方法：

// 实现接口
class Person implements Cloneable{
    public int number; // 电话号码

    public Person(int number){
        this.number = number;
    }
    
    // 重写写clone方法
    public Person clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (Person)super.clone(); // 调用clone方法
    }
    
}

需要在Student中改进clone方法的定义，使用Person中的clone方法：

    public Student clone() throws CloneNotSupportedException{
        // 创建一个Studnet临时对象 tmp
        // 此时的s.person 和 this.person 存储的相同的引用
        Student tmp = (Student)super.clone();

        // 使用person的clone方法创建一个新的对象
        // s.person 指向的是新的对象
        tmp.person = person.clone();


        return tmp;
    }

改为深拷贝的整体代码：

class Person implements Cloneable{
    public int number; // 电话号码

    public Person(int number){
        this.number = number;
    }

    public Person clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (Person)super.clone();
    }

}

class Student implements Cloneable{
    public String name;
    public int age;
    Person person;

    public Student(String name, int age,int number){
        person = new Person(number);
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public Student clone() throws CloneNotSupportedException{
        // 创建一个Studnet临时对象 tmp
        // 此时的s.person 和 this.person 存储的相同的引用
        Student tmp = (Student)super.clone();

        // 使用person的clone方法创建一个新的对象
        // s.person 指向的是新的对象
        tmp.person = person.clone();

        return tmp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", number=" + person.number +
                '}';
    }
}



public class Main {
    public static void main(String[] args){


        try {
            // 创建一个对象
            Student s1 = new Student("李华",18,111);
            // 把 s1的值赋值给s2
            Student s2 = s1.clone();

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

            // 修改s1的号码为888
            s1.person.number = 888;
            System.out.println("只修改s1的号码为 888");

            System.out.println(s1.toString());
            System.out.println(s2.toString());

        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

运行程序：
在这里插入图片描述
显然，当s1 改变时s2不会改变，s1中的引用类型person和s2中的person指向不同的空间。

在这里插入图片描述

4.3 总结

关键点：
深拷贝的核心是递归地复制引用类型字段所指向的对象，而不仅仅是复制它们的引用。
浅拷贝会让原对象和拷贝对象共享引用类型字段，而 深拷贝 会确保原对象和拷贝对象的引用类型字段相互独立。

在上面的例子中，Student 类中的 person 字段是通过 clone() 方法进行深拷贝的，修改原对象的 person 字段不会影响拷贝对象。

深拷贝的应用：
独立性：深拷贝常用于确保原对象和拷贝对象在引用类型字段上相互独立，避免它们相互影响。

内存管理：在某些场景下，深拷贝可以避免对共享资源的修改导致意外的副作用。

总结：
深拷贝是对象复制中的一种高级技术，能够确保对象之间完全独立，特别适用于包含引用类型字段的复杂对象。当需要确保每个对象的字段都能被独立地复制，并且修改一个对象不会影响另一个对象时，深拷贝是必不可少。


http://www.kler.cn/a/472717.html

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