Java - 实现数组的深拷贝和浅拷贝

Question

我试图理解 Java 中浅拷贝和深拷贝的概念。 有很多关于这个主题的文章和问答，但是每当我尝试在真实的 Java 代码中实现这些概念时，一切都变得不清楚。

我的理解所依据的答案之一是 this link，其中通过模式解释了深复制和浅复制。

我将在下面为您展示每种情况的实现：

• 浅拷贝：

我以方法 System.arraycopy() 为例，因为我在许多文章中读到它执行浅拷贝（以及 clone 方法）

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        NameValue[] instance1 = {
                new NameValue("name1", 1),
                new NameValue("name2", 2),
                new NameValue("name3", 3),
        };
        NameValue[] instance2 = new NameValue[instance1.length];

        // Print initial state
        System.out.println("Arrays before shallow copy:");
        System.out.println("Instance 1: " + Arrays.toString(instance1));
        System.out.println("Instance 2: " + Arrays.toString(instance2));

        // Perform shallow copy
        System.arraycopy(instance1, 0, instance2, 0, 3);

        // Change instance 1
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            instance1[i].change();
        }

        // Print final state
        System.out.println("Arrays after shallow copy:");
        System.out.println("Instance 1: " + Arrays.toString(instance1));
        System.out.println("Instance 2: " + Arrays.toString(instance2));
    }

    private static class NameValue {
        private String name;
        private int value;

        public NameValue(String name, int value) {
            super();
            this.name = name;
            this.value = value;
        }

        public void change() {
            this.name = this.name + "-bis";
            this.value = this.value + 1;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.name + ": " + this.value;
        }
    }
}

主要方法的执行结果如下：

Arrays before shallow copy:
Instance 1: [name1: 1, name2: 2, name3: 3]
Instance 2: [null, null, null]
Arrays after shallow copy:
Instance 1: [name1-bis: 2, name2-bis: 3, name3-bis: 4]
Instance 2: [name1-bis: 2, name2-bis: 3, name3-bis: 4]

此结果与上一个链接的架构一致：

• 深拷贝：

我在这个例子中使用了 Arrays.copyOf() 方法，因为我在许多文章中读到它执行深度复制（以及 Arrays.copyOfRange 方法）

public static void main(String[] args) {
    NameValue[] instance1 = {
            new NameValue("name1", 1),
            new NameValue("name2", 2),
            new NameValue("name3", 3),
    };
    NameValue[] instance2 = new NameValue[instance1.length];

    // Print initial state
    System.out.println("Arrays before deep copy:");
    System.out.println("Instance 1: " + Arrays.toString(instance1));
    System.out.println("Instance 2: " + Arrays.toString(instance2));

    // Perform deep copy
    instance2 = Arrays.copyOf(instance1, 3);

    // Change instance 1
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        instance2[i].change();
    }

    // Print final state
    System.out.println("Arrays after deep copy:");
    System.out.println("Instance 1: " + Arrays.toString(instance1));
    System.out.println("Instance 2: " + Arrays.toString(instance2));
}

显示：

Arrays before deep copy:
Instance 1: [name1: 1, name2: 2, name3: 3]
Instance 2: [null, null, null]
Arrays after deep copy:
Instance 1: [name1-bis: 2, name2-bis: 3, name3-bis: 4]
Instance 2: [name1-bis: 2, name2-bis: 3, name3-bis: 4]

如果我们将深拷贝逻辑基于之前的模式，结果应该是这样的：

你可能注意到了，main方法的执行结果和上面schema的逻辑是不一样的。

欢迎任何解释。

Answer 1

我不知道你在哪里看到 copyOf() 执行深层复制，因为那完全是错误的。

引用Arrays.copyOf(T[] original, int newLength)的javadoc:

对于在原始数组和副本中都有效的所有索引，两个数组将包含相同的值。

这意味着它是一个浅拷贝。要成为深层副本，值必须指向不同的对象，因为引用的对象也必须是副本。

要执行深层复制，您必须迭代数组并复制值。 Java 无法为您做到这一点，因为它不知道如何复制对象。

例如Java 怎么知道如何复制NameValue 对象？ clone()?复制构造函数？序列化+反序列化？工厂方法？其他方式？

Answer 2

我试图理解 Java 中浅拷贝和深拷贝的概念。

在 Java 中，您传递和存储对对象的引用而不是对象本身。
因此，当您有 NameValue[] array 时，该数组不包含对象 NameValue，而是对对象的引用。
因此，当您对NameValue[] array2 进行浅拷贝时，这意味着您只是将引用从一个数组复制到另一个数组。这实际上意味着现在array 和array2 都引用完全相同的对象，并且您对array[2] 所做的任何更改都将在array2[2]（相同的对象）中可见。

当您进行深度复制时，您会将每个对象完全复制到另一个内存区域，并在新数组中保留对该新对象的引用。
这样，2 个数组现在引用不同的对象，对 array[2] 的任何更改都不会从 array2[2] 看到

更新：
这不适用于存储实际值而非引用的原语。
因此，int[] a 在复制时会得到值的副本（即某种意义上的深层复制），因为a[2] 包含值本身而不是对值的引用。

Answer 3

我认为Arrays.copyOf()产生深拷贝有点误解。

Arrays.copyOf() 创建一个新数组，其中包含对未复制对象的旧引用，正如我添加的链接所解释的，在嵌套数组的情况下它们不会被复制，因此不能考虑深副本，但浅副本。

更多信息请参见this。