有效的Java项目11：明智地覆盖克隆

Question

对于具有数组字段的类，Josh说如果clone方法只返回super.clone（），则生成的类实例将在原始字段中具有正确的值，但其数组字段将引用与原始类实例相同的数组。修改原始内容会破坏不变量，反之亦然。

他使用了自定义Stack实现的例子，我使用的是一个简单的Student类

class Student implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private int[] marks = {90, 70, 80};

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void setMarks(int[] marks) {
        this.marks = marks;
    }

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

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Student - Name : " + name + " Age : " + age + " Marks : " + Arrays.toString(marks);
    }
}

请注意：我没有在克隆方法的覆盖中调用我的数组字段上的clone（）。

然后我做了：

public class CloningDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Mohit", 30);
        Student s2 = null;
        try {
            s2 = s1.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("S1 : " + s1);
        System.out.println("S2 : " + s2);
        System.out.println("Updating the clone...");
        s2.setName("Rohit");
        s2.setAge(29);
        s2.setMarks(new int[]{10, 29, 30});
        System.out.println("S1 : " + s1);
        System.out.println("S2 : " + s2);
        System.out.println("Updating the array elements in Original...");
        s1.setMarks(new int[]{10, 10, 10});
        System.out.println("S1 : " + s1);
        System.out.println("S2 : " + s2);
    }
}

输出：

S1 : Student - Name : Mohit Age : 30 Marks : [90, 70, 80]
S2 : Student - Name : Mohit Age : 30 Marks : [90, 70, 80]
Updating the clone...
S1 : Student - Name : Mohit Age : 30 Marks : [90, 70, 80]
S2 : Student - Name : Rohit Age : 29 Marks : [10, 29, 30]
Updating the array elements in Original...
S1 : Student - Name : Mohit Age : 30 Marks : [10, 10, 10]
S2 : Student - Name : Rohit Age : 29 Marks : [10, 29, 30]

我想知道在原始实例中更改数组也会改变我的克隆中的数组，因为我在上面提到“数组字段将引用与原始实例相同的数组”

随着我的克隆实现，我也应该看到克隆s2的变化。正确的实施将是：

@Override
    protected Student clone() throws CloneNotSupportedException {
        Student student = (Student) super.clone();
        student.marks = marks.clone();  // I am not doing this in my code.
        return student;
    }

我误解了吗？有人可以解释一下发生了什么吗？

谢谢 〜莫希特

Answer 1

通过调用s1.setMarks(new int[]{10, 10, 10});，您将创建一个全新的数组，并将其引用写入marks的变量s1。所以s1和s2指的是两个不同的数组。

如果你有这个方法：

public void setMark(int mark, int pos) {
    marks[pos] = mark;
}

在类Student中并执行以下代码：

System.out.println("Updating the array element in Original...");
s1.setMark(999, 0);
System.out.println("S1 : " + s1);
System.out.println("S2 : " + s2);

然后你会看到，这也会影响s2：

Updating the array elements in Original...
S1 : Student - Name : Mohit Age : 30 Marks : [999, 70, 80]
S2 : Student - Name : Rohit Age : 29 Marks : [999, 70, 80]

（别忘了注释行s2.setMarks(new int[]{10, 29, 30});，因为这行也创建了一个新的数组引用并删除了s1和s2之间的（数组）绑定）

可以使用“真实世界示例”来描述此行为：

图片你和一个朋友正拿着一根绳子，两端各有一个人。这根绳子代表你们所指的Array。如果你的朋友拉绳子（更改该阵列中的值），你会注意到。如果你拉绳子，你的朋友也会注意到。

通过调用s1.setMarks(new int[]{...});，你的朋友得到一根新绳子，他会丢掉第一根绳子。如果他拉绳子，你就不会注意到，因为你们两个人有不同的绳子。通过调用s2.setMarks(new int[]{...});，您将获得一根新绳索并放下第一根绳子。这是第三个朋友Garbage Collector发出的信号，即抓住绳索并将其丢弃，因为没有人再使用它了。但这位朋友有点懒惰，所以无法保证他会立即这样做。

Answer 2

int[]类型的变量可用于封装四种不同的东西：

1. 永远不会被修改的数组的内容。
2. 可能被修改的数组的内容，并且没有变量所有者不知道的引用。
3. 可能被修改且由其他人拥有的数组的标识。
4. 可以修改的数组的标识，该变量由变量的所有者拥有，但可能存在其他引用。

clone()方法不需要克隆第一种类型的数组，但除了轻微的性能成本克隆之外，这种数组很可能是无害的。但是，clone()方法必须克隆第二种类型的数组，并且不要克隆第三种类型的数组。拥有第四种类型的数组的对象通常不应该实现clone()。

目前尚不清楚您是否真的希望您的代码将阵列视为第一类或第三类;在这两种情况下，你的clone方法都无需克隆数组。第二种模式在使用数组类型变量时最常见，但您的特定用例不适合它。

对于每个数组类型变量，确定四种情况中的哪一种适用，并且将清楚如何继续使用clone。请注意，您无法将数组分类为四种类型之一，您的代码可能已损坏，您应该在担心clone之前修复它。