有效的 Java 声称 elements.clone() 就足够了答案

【问题标题】：Effective Java claims that elements.clone() suffices有效的 Java 声称 elements.clone() 就足够了
【发布时间】：2019-01-02 02:27:13
【问题描述】：

我正在阅读 Joshua Bloch 的 Effective Java，第 2 版，第 11 项：明智地覆盖克隆。

在第 56 页，他试图解释当我们为某些类（如集合类）覆盖 clone() 时，我们必须复制它的内部。然后他给出了设计类Stack的例子：

public class Stack {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    public Stack() {...}
    public void push(Object e) {...}
    public Object pop() {...}
    private void ensureCapacity() {...} //omitted for simplicity
}

他声称，如果我们简单地使用super.clone() 克隆Stack，则生成的 Stack 实例“将在其 size 字段中具有正确的值，但它的 elements 字段将引用与原始 Stack 实例相同的数组. 修改原来的会破坏克隆中的不变量，反之亦然。你会很快发现你的程序产生了无意义的结果或抛出了 NullPointerException。现在看来这很公平。但他随后给出了一个“正确实现”的例子，这让我感到困惑：

@Override public Stack clone() {
    try {
        Stack result = (Stack) super.clone();
        result.elements = elements.clone();
        return result;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new AssertionError();
    }
}

现在这与super.clone() 有何不同？我知道，新的Stack.element 将与旧的完全不同；但是数组的“内部结构”还是一样的，不是吗？数组result.element 的实际元素仍然指向原始Object 引用。这仍然可能导致在更改原始文件时破坏克隆的不变量，反之亦然，不是吗？我错过了什么吗？

【问题讨论】：

你可以找到here，你说的是对的。 elements.clone() 不会克隆内容。

标签： java

【解决方案1】：

修改原始版本会破坏克隆版本中的不变量，反之亦然。

问题是修改一个堆栈（将新元素推入其中或删除它们）会修改两个堆栈，如果它们共享相同的后备数组，但不一致 - 例如，size 成员将是更新在一个但不是另一个。例如，如果其中一个不变量是当前“堆栈顶部”之后的数组中没有任何元素不为空，则该不变量可能会被破坏。（但是，对于这种特殊情况，我认为这不会直接导致异常）。

正如您推测的那样，通过克隆数组，两个堆栈具有单独的数组（包含相同的元素）。将一个元素推入一个堆栈不会影响支持另一个堆栈的数组的内容。

数组 result.element 的实际元素仍然指向原始 Object 引用。这仍然可能导致在更改原始文件时破坏克隆的不变量，反之亦然，不是吗？我错过了什么吗？

不，它不能。（试着想出一个例子来说明这种情况是如何发生的；你会发现自己被难住了）。堆栈类的不变量取决于数组大小和内容（标识），而不是数组中对象的状态。

【讨论】：

【解决方案2】：

现在这与 super.clone() 有何不同？

因为数组现在不同了。如果两个Stacks 共享同一个数组，那么当一个人从堆栈中添加或删除时，另一个Stack 中的size 字段不会更新，从而导致差异。

数组的对象本身不会被克隆。这是故意的，因为它们不需要被克隆。预计两个Stacks - 或者实际上任何两个Collections - 可以包含对相同对象的引用。使用此代码，您将获得相同的行为：

Foo foo = new Foo()
Stack stackOne = new Stack();
Stack stackTwo = new Stack();
stackOne.push(foo);
stackTwo.push(foo);

这不是天生的问题，通常是理想的行为。

【讨论】：

谢谢。我不明白的是，当两个数组都包含指向同一组对象的引用时，其中一个删除了一个元素，另一个数组（其size 没有改变）仍将保留对该 deleted 元素，因此它的不变量仍然存在。

【解决方案3】：

您对clone 的工作方式是完全正确的。不会复制后备数组中的对象，但会复制后备数组。

这不是问题，因为调用者并不期望元素被复制。对于像栈这样的集合类，“规范”是做一个浅拷贝。标准库中的一个示例是 ArrayList 的复制构造函数。

还请注意，您可以通过克隆数组中的对象来实现clone（这意味着堆栈只能存储暴露clone 的Clonable 对象）。这不会违反clone 的合同。 contract 很松散。

【讨论】：

如果您确实想克隆每个对象，变量类型必须是实现Clonable 并公开clone() 方法的类型。您不能在 Object 引用上调用 clone()。
顺便说一句，“实现 Cloneable”和“公开 clone() 方法”是两个独立的要求。您也不能在 Cloneable 类型的引用上调用 clone()。
关于ArrayList 的复制构造函数的要点。并感谢您提出克隆集合的“规范”方式的想法。

【解决方案4】：

除此之外，您无能为力。 super.clone() 复制值成员，elements.clone() 创建一个新数组，因此新堆栈将拥有与旧堆栈独立的存储空间，仅此而已，用于堆栈构造本身。
堆栈上的对象不一定是可克隆的，因此需要一个一个尝试克隆或不克隆它们的决定，这很可能在文本中的某处得到解决。（旁注：当您addAll()、putAll() 或使用接受另一个容器的构造函数时，内置容器不会克隆对象）

【讨论】：