java 一维和二维数组的拷贝问题

本文详细介绍了Java中一维和二维数组的浅拷贝与深拷贝操作,并通过具体示例展示了不同拷贝方式下数组元素的变化情况。

package com.itjob.test2;

import java.util.Arrays;

public class ArrayCopy {

 /**
  * @author x521
  * @createDate 2008-5-21
  * 一维数组的拷贝---浅拷贝
  */
 public static void main(String[] args) {
  copyArray();
  copyObject();
 }
 
 public static void copyArray() {
  int[] a = new int[5];
  int[] b = new int[6];
  
  a[0] = 12;
  a[1] = 45;
  a[2] = 90;
  a[3] = 100;
  a[4] = 160;
  
  for(int aa : a) {
   System.out.print(aa + " ");
  }
  
  System.out.println("/n ---");
  System.arraycopy(a, 0, b, 1, a.length);
  
  for(int bb : b) {
   System.out.print(bb + " ");
  }
  System.out.println();
  
  System.out.println("************");
  a[4] = 200;
  
  for(int bbb : b) {
   System.out.print(bbb + " ");
  }
  
  System.out.println("/n*************");
  
  for(int aaa : a) {
   System.out.print(aaa + " ");
  }
  
  System.out.println("/n****************");
 }
 
 public static void copyObject() {
  TestCopy[] tc1 = new TestCopy[2];
  TestCopy[] tc2 = new TestCopy[2];
  tc1[0] = new TestCopy();
  tc1[1] = new TestCopy();
  tc1[0].setName("h1");
  tc1[1].setName("h2");
  
  for(TestCopy co : tc1) {
   
   System.out.print(co.getName() + " ");
  }
  
  System.out.println();
  
  System.arraycopy(tc1, 0, tc2, 0, tc1.length);
  
  for(TestCopy tc : tc2) {
   System.out.print(tc.getName() + " ");
  }
  
  //重新设置tc2[1]的值 后 tc1[1]的值 也发生了变化
  // 这种情况属于 数组的浅拷贝问题
  
  tc2[1].setName("hello");
  
  System.out.println();
  
  for(TestCopy tc11 : tc1) {
   System.out.print(tc11.getName() + " ");
  }
  System.out.println("/n----");
 }
 

}

class TestCopy {
 private String name;
 
 public void setName(String name) {
  this.name = name;
 }
 
 public String getName() {
  return name;
 }
}

// output:

12 45 90 100 160
 ---
0 12 45 90 100 160
************
0 12 45 90 100 160
*************
12 45 90 100 200
****************
h1 h2
h1 h2
h1 hello
----

 

/*
 * TwoArrayCopy.java
 */

package com.itjob.test2;

import java.util.Arrays;

public class TwoArrayCopy {

 /**
  * @author x521
  * @createDate 2008-5-21
  * 二维数组的拷贝---浅拷贝
  */
 public static void main(String[] args) {
  int[][] a = new int[2][3];
  int[][] b = new int[2][3];
  for(int i=0; i<2; i++) {
   for(int j=0; j<3; j++) {
    System.out.print(a[i][j] + " ");
   }
   System.out.println();
  }
  
  System.out.println("****************");
  a[0][2] = 100;
  
  for(int[] aa : a) {
   System.out.println(Arrays.toString(aa));
  }
  
  System.out.println("****************");
  
  System.arraycopy(a, 0, b, 0, a.length);
  
  //修改a[1][2]的值 ,并且b[1][2]的值也被改变
  
  a[1][2] = 500;
  for(int[] bb : b) {
   System.out.println(Arrays.toString(bb));
  }
  
  System.out.println("****************");
  
  for(int[] aa : a) {
   System.out.println(Arrays.toString(aa));
  }
 }

}

//output:

0 0 0
0 0 0
****************
[0, 0, 100]
[0, 0, 0]
****************
[0, 0, 100]
[0, 0, 500]
****************
[0, 0, 100]
[0, 0, 500]

 

/*
 * TwoArrayCopy1.java
 */

package com.itjob.test2;

import java.util.Arrays;

public class TwoArrayCopy1 {

 /**
  * @author x521
  * @createDate 2008-5-21
  * 二维数组的拷贝---深拷贝
  */
 public static void main(String[] args) {
  int[][] a = new int[2][3];
  int[][] b = new int[2][3];
  a[0][0] = 12;
  a[0][1] = 23;
  a[0][2] = 20;
  
  a[1][0] = 15;
  a[1][1] = 11;
  a[1][2] = 12;
  
  for(int[] aa : a) {
   System.out.println(Arrays.toString(aa));
  }
  
  System.out.println("**************");
  
  for(int i=0; i<a.length; i++) {
   for(int j=0; j<a[i].length; j++) {
    b[i][j] = a[i][j];
   }
  }
  
  for(int[] bb : b) {
   System.out.println(Arrays.toString(bb));
  }
  
  System.out.println("**************");
  
  //修改b[0][2]的值 而 a[0][2]的值没有被改变
  //这属于多维数组的深拷贝
  
  b[0][2] = 100;
  
  for(int[] aaa : a) {
   System.out.println(Arrays.toString(aaa));
  }
  
  System.out.println("**************");
  
  for(int[] bbb : b) {
   System.out.println(Arrays.toString(bbb));
  }
  
  System.out.println("**************");
 }

}

//output :

[12, 23, 20]
[15, 11, 12]
**************
[12, 23, 20]
[15, 11, 12]
**************
[12, 23, 20]
[15, 11, 12]
**************
[12, 23, 100]
[15, 11, 12]
**************

<think>首先,用户的问题是:“我想了解维数组和二维数组拷贝深拷贝的相关知识 请问维数组和二维数组的浅拷贝深拷贝原理及实现方法”。这涉及到编程中的数组拷贝概念。 系统指令要求: - 所有行内数学表达式用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如:[^1]。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,保证真实可靠。 用户提供了几个引用: - 引用[1]:关于Java数组深拷贝和浅拷贝,特别是二维数组。 - 引用[2]:JS实现二维数组深拷贝。 - 引用[3]:数组的浅拷贝深拷贝,包括维和多维数组的例子。 - 引用[4]:Python二维数组拷贝的例子。 这些引用涵盖了Java、JS和Python,我需要整合这些信息,聚焦在维和二维数组的浅拷贝深拷贝的原理和实现方法上。既然用户提到了“尽可能多的参考用户上次的问题和你的回答”,但这是第条消息,所以我应该基于提供的引用。 关键概念: - **浅拷贝**:只拷贝数组的顶层结构(级),而不拷贝嵌套的对象或数组。如果数组包含引用类型元素,浅拷贝后,新旧数组的元素指向相同的内存地址。 - **深拷贝**:拷贝数组的所有层级,包括嵌套的对象或数组。新旧数组完全独立,互不影响。 原理: - 对于维数组,如果元素是基本类型(如int、float),浅拷贝通常就够了,因为基本类型是值传递。 - 对于维数组包含引用类型(如对象),或二维数组(数组的数组),浅拷贝会导致共享嵌套引用,需要深拷贝来确保独立性。 实现方法: - 根据引用: - **Java**:引用[1]提到二维数组的深浅拷贝分析。 - 浅拷贝:使用`Arrays.copyOf()`或`Object.clone()`。 - 深拷贝:需要手动迭代拷贝或使用序列化。 - **JavaScript**:引用[2]提供了深拷贝函数。 - 浅拷贝:`slice()`或扩展运算符`[...arr]`,但只对级有效。 - 深拷贝:使用`JSON.parse(JSON.stringify(arr))`或自定义递归函数。 - **Python**:引用[4]讨论了二维数组拷贝问题。 - 使用`[[]] * 3`创建浅拷贝(所有子列表共享引用)。 - 使用`[[] for i in range(3)]`创建深拷贝(独立子列表)。 - 深拷贝:可以使用`copy.deepcopy()`。 回答结构: 1. **引言**:解释浅拷贝深拷贝的概念。 2. **维数组的原理和实现**: - 浅拷贝示例(基本类型和引用类型)。 - 深拷贝示例。 3. **二维数组的原理和实现**: - 浅拷贝问题(共享嵌套数组)。 - 深拷贝方法。 4. **不同语言实现**:基于引用,覆盖Java、JS、Python。 5. **总结**。 6. **相关问题**:生成几个相关问题。 引用标识:在回答中,当引用具体段落时,添加[^n]。例如,提到引用[3]的内容时,添加[^3]。 语言:全部用中文。 生成相关问题:在最后,添加“§§相关问题§§”部分,列出2-3个问题。 确保LaTeX:如果涉及数学表达式,如索引或方程,使用$...$或$$...$$。但数组拷贝主要是代码,不太需要数学表达式,除非提到索引等。例如,数组索引可以用$arr[i][j]$形式。 逐步解答: - 先定义浅拷贝深拷贝。 - 然后分维和二维数组讨论。 - 提供代码示例(用代码块)。 - 解释原理。 - 最后相关问题。 </think>### 维数组和二维数组的浅拷贝深拷贝原理及实现方法 在编程中,数组的拷贝分为浅拷贝深拷贝两种形式。浅拷贝只复制数组的顶层结构(级引用),而深拷贝复制所有层级(包括嵌套元素),确保新旧数组完全独立。它们的关键区别在于如何处理引用类型(如对象或多维数组)。下面我将逐步解释维数组和二维数组的原理及实现方法,并提供不同语言的示例(参考提供的引用信息)。 #### 1. **基本概念** - **浅拷贝(Shallow Copy)**:仅复制数组的顶层元素。如果元素是基本类型(如整数、字符串),则新旧数组独立;但如果元素是引用类型(如对象或另个数组),则新旧数组共享相同的嵌套引用。修改方会影响另方。 - **深拷贝(Deep Copy)**:递归复制数组的所有层级,包括嵌套元素。新旧数组完全隔离,互不影响。 - **维数组**:简单线性序列,元素可以是基本类型或引用类型。 - **二维数组**:本质是“数组的数组”,每个元素是维数组。浅拷贝时,嵌套数组共享引用;深拷贝需单独复制每个子数组。 原理核心:浅拷贝的成本低(仅复制级引用),但可能引发副作用;深拷贝更安全但开销大(需遍历所有元素)。关键在于数组维度:维数组的浅拷贝对基本类型有效,但对引用类型无效;二维数组通常需要深拷贝来避免共享问题[^3]。 #### 2. **维数组的浅拷贝深拷贝** - **原理**: - 基本类型:浅拷贝即可(元素值独立)。 - 引用类型:浅拷贝后,新旧数组元素指向同内存地址;深拷贝确保元素地址不同。 - **实现方法示例**: - **浅拷贝**(适用于基本类型或不需要隔离的场景): - JavaScript:`slice()` 方法创建副本。 ```javascript let originArr = [1, 2, 3]; // 基本类型数组 let shallowCopy = originArr.slice(0); originArr.push(4); console.log(shallowCopy); // 输出 [1, 2, 3],独立于原数组[^3] ``` 但如果包含对象,浅拷贝会共享引用: ```javascript let originArr = [{name: "Tom"}]; let shallowCopy = originArr.slice(0); originArr[0].name = "Jerry"; console.log(shallowCopy[0].name); // 输出 "Jerry",共享对象引用[^3] ``` - Python:`list.copy()` 或切片 `[:]`。 ```python origin = [1, 2, 3] copy = origin.copy() origin.append(4) print(copy) # 输出 [1, 2, 3] ``` - **深拷贝**(确保引用类型元素独立): - JavaScript:使用 `JSON.parse(JSON.stringify(arr))`。 ```javascript let originArr = [{name: "Tom"}]; let deepCopy = JSON.parse(JSON.stringify(originArr)); originArr[0].name = "Jerry"; console.log(deepCopy[0].name); // 输出 "Tom",对象独立[^2] ``` - Java:实现 `Serializable` 接口或手动迭代。 ```java int[] origin = {1, 2, 3}; int[] deepCopy = Arrays.copyOf(origin, origin.length); // 深拷贝基本类型 ``` #### 3. **二维数组的浅拷贝深拷贝** - **原理**: - 二维数组的本质是“数组的数组”。浅拷贝仅复制外层数组,但内层数组(子数组)共享引用;深拷贝需递归复制每个子数组。 - 问题点:浅拷贝后,修改任意子数组会影响新旧数组[^1][^3]。 - **实现方法示例**: - **浅拷贝**(仅外层独立,内层共享): - Python:使用 `*` 运算符创建二维数组会导致所有子列表共享。 ```python # 浅拷贝示例:所有子列表共享同内存地址 copy_list = [[]] * 3 print("子列表地址相同:", hex(id(copy_list[0])) == hex(id(copy_list[1]))) # 输出 True[^4] ``` 修改个子列表会影响所有: ```python copy_list[0].append(1) print(copy_list) # 输出 [[1], [1], [1]] ``` - JavaScript:`slice()` 仅复制层。 ```javascript let origin = [[1, 2], [3, 4]]; let shallowCopy = origin.slice(0); origin[0][0] = 99; console.log(shallowCopy[0][0]); // 输出 99,共享子数组[^3] ``` - **深拷贝**(完全独立): - JavaScript:自定义递归函数或 `JSON` 方法。 ```javascript function deepCopy2D(arr) { return arr.map(subArr => [...subArr]); // 复制每个子数组 } let origin = [[1, 2], [3, 4]]; let deepCopy = deepCopy2D(origin); origin[0][0] = 99; console.log(deepCopy[0][0]); // 输出 1,互不影响[^2] ``` - Python:使用列表推导或 `copy.deepcopy`。 ```python import copy # 正确深拷贝创建独立子列表 normal_list = [[] for i in range(3)] deep_copy = copy.deepcopy(normal_list) # 标准库方法 normal_list[0].append(1) print(deep_copy[0]) # 输出 [],独立[^4] ``` - Java:手动迭代或序列化。 ```java int[][] origin = {{1, 2}, {3, 4}}; int[][] deepCopy = new int[origin.length][]; for (int i = 0; i < origin.length; i++) { deepCopy[i] = Arrays.copyOf(origin[i], origin[i].length); // 深拷贝每个子数组 } origin[0][0] = 99; System.out.println(deepCopy[0][0]); // 输出 1[^1] ``` #### 4. **跨语言总结** - **核心原则**: - 维数组:基本类型浅拷贝安全;引用类型需深拷贝。 - 二维数组:通常需要深拷贝,避免内层共享。 - **最佳实践**: - 优先使用语言内置方法(如Python的 `copy.deepcopy` 或JS的 `JSON` 转换)。 - 性能权衡:深拷贝开销大($O(n \times m)$ 时间复杂度,$n$是数组大小,$m$是维度),适用于数据隔离要求高的场景。 - **常见错误**:Python的 `[[]] * n` 创建浅拷贝共享子列表;Java的 `clone()` 仅浅拷贝[^1][^4]。 #### 5. **相关问题** 如果您想深入了解,以下问题值得探讨:
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