JavaSE语法（12）——详细解读java中的 Clonable 接口和深拷贝

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1.Clonable 接口

  java中提供了Clonable接口，这个单词翻译过来就是“可克隆的”的意思，显然这是用来帮助“类”进行拷贝的。我们先来看看源码：

  我去，怎么一个方法都没有？这左看右看就只是一个空接口，这有什么用呢？按照常规思路的话这里面是不是应该有一个clone()方法等着我们去重写，然后直接类.clone()就完事了呀（回想我们拷贝数组的时候使用的是数组.clone()）。

  确实是类.clone()这样用，但是没这么简单，这种接口在java中叫“空接口”或者“标记接口”，是用来表示一个类可以被克隆，即这个类有克隆这种功能。

  那么clone()这个方法在哪呢？这个方法在Object中：

  这个native是什么意思？只要是被native修饰的方法，它的底层是用C/C++语言实现的，我们这里看不到里面的源码。我们只要调用这个方法它会自己帮我们实现克隆。

  那么Object中的clone()与Clonable接口有什么关系呢？既然clone()在Object中，我们为什么不直接重写呢，这与Clonable接口就是八竿子打不着呀？我们先试一试直接重写不用Clonable接口的情况：

  现在有一个“学生类”，我们重写了Object中的clone()，注意这里的返回值是Object。我们不需要自己重新写一个逻辑，直接return super.clone();就行了，因为在Object中已经帮我们实现了。（ps：throws … 这叫抛异常，不熟悉没关系，直接跟着写不影响。）

class Student{

    public String name;
    public int age;

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

    //重写Object中的toString()，方便打印。
    public String toString() {
        return "Student: " +
                "name=" + name  +
                ", age=" + age ;
    }

    //重写Object中的clone()方法。
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}


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

        Student student1 = new Student("张三",20);
        Student s = (Student)student1.clone();

        System.out.println(student1);
        System.out.println(s);
    }
}

  （ps：可能有人会问：Student不是继承了Object了吗，clone() 不就继承到Student里了？在Student中不是就可以不用重写clone()了吗？，直接在main中student1.clone()就行了呀。这其实是不行的，因为源码中clone()是被protected修饰的，不重写是访问不到的。如果实在想不清楚可以看看这篇文章->Java protected 关键字详解 | 菜鸟教程 (runoob.com)）

  上面代码表面上看是没有什么问题的，我们开始运行：

  发现抛了一个异常CloneNotSupportedException，大概意思为“不支持克隆异常”，这其实就是该类不支持克隆，或者可以理解为这个类没有克隆这种功能。如果想要实现这个功能，就必须得实现Clonable接口，你可以认为Clonable就是起到一个标记的作用。

  我们修改后的代码：

class Student implements Cloneable {

    public String name;
    public int age;

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


    //重写Object中的toString()，方便打印。
    public String toString() {
        return "Student: " +
                "name=" + name  +
                ", age=" + age ;
    }

    //重写Object中的clone()方法。
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

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

        Student student1 = new Student("张三",20);
        Student s = (Student)student1.clone();

        System.out.println(student1);
        System.out.println(s);
    }
}

结果：

  可以看到已经成功了。总结：对类克隆（拷贝）的步骤有，第一实现Cloneable接口；第二重写Object中的clone()方法；第三是要throw异常。

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2.深拷贝

  在了解 深拷贝 之前，我们要先了解一下什么是 浅拷贝。我在上面例子的基础上增加一个新的类Money，并在Student类中new一个Money：

public class Money {
    public double m = 99.99;
}

class Student implements Cloneable {

    public String name;
    
    public int age;

    //Money实例
    public Money money = new Money();

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


    //重写Object中的toString()，方便打印。
    public String toString() {
        return "Student: " +
                "name=" + name  +
                ", age=" + age ;
    }

    //重写Object中的clone()方法。
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

  下面是main方法：

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

        Student student1 = new Student("张三",20);
        Student s = (Student) student1.clone();

        //拷贝之后，更改m的值。
        student1.money.m = 30.5;
        //student1中m的值
        System.out.println(student1.money.m);
        //s中m的值
        System.out.println(s.money.m);
    }
}

结果：

  这两个值是相等的，为什么？是因为student1与s中的money成员是同一个引用！
这就导致修改student1中的money后，s中的money的值也会跟着发生变化。拷贝的过程如下：

拷贝前：

拷贝后：

  这里只是把money的地址拷贝过去了，像上面图片这样的拷贝就是浅拷贝。

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  我们想要达到效果是在拷贝的时候让money重新引用一个新的实例：

  如何实现呢？细心想一下，我实现深拷贝的关键 是克隆student1中的money，然后让s中的money引用它。说明money也要实现Cloneable接口并重写Object中的clone()方法，下面给出最终的代码（修改最多的是Student中的clone()方法）：

class Money implements Cloneable{
    public double m = 100.00;

    //重写Object中的clone()方法。
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

class Student implements Cloneable {

    public String name;
    public int age;

    //Money实例
    public Money money = new Money();



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


    //重写Object中的toString()，方便打印。
    public String toString() {
        return "Student: " +
                "name=" + name  +
                ", age=" + age ;
    }

    //重写Object中的clone()方法。
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

        Student s = (Student) super.clone();
        //在当前例子来看：克隆`student1`中的`money`，然后让`s`中的`money`引用它。
        s.money = (Money) this.money.clone();
        return s;
    }
}

  clone()方法的返回值可以是Student类型，只要程序能通过随你怎么写都行。

  Main还是原来的Main：

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

        Student student1 = new Student("张三",20);
        Student s = (Student) student1.clone();

        //拷贝之后
        student1.money.m = 30.5;
        //student1中m的值
        System.out.println(student1.money.m);
        //s中m的值
        System.out.println(s.money.m);
    }
}

结果：

  成功！