C# 中的浅拷贝与深拷贝

Ø  简介

在 C# 中分为两种数据类型，值类型和引用类型。我们知道，值类型之间赋值是直接将值赋值给另一个变量，两个变量值的改变都互不影响；而引用类型赋值则是将引用赋值给另一个变量，其中一个变量中的成员的值被改变，会影响到另一个变量。

 

好，以上论述不是我们今天要讨论的重点，只是起抛砖引玉的作用。现在假设有这样一个需求，我现在有一个对象（别想歪了，不是女朋友~），而我不想使用 new 去创建这个类型的另一个对象，该如何实现呢？这时我们会立马想到使用反射去创建这个对象，然后再逐个属性进行赋值。OK，没问题，其实这一操作正是对象拷贝中深拷贝的一种体现。

 

那什么是浅拷贝与深拷贝呢？

首先，我们说一下对象拷贝。对象拷贝，就是将一个现有的对象，克隆为一个全新的对象，它们的引用是相互独立的。

浅拷贝：是指在对象拷贝的过程中，成员中的值类型进行逐一赋值，而引用类型只赋值引用，并不会创建新的对象实例，结果它们指向的是同一个引用。

深拷贝：其实是对引用类型而言的，它除了会对值类型赋值；还可以将引用类型创建新的实例，结果它们指向的是不同引用。说还可以的意思是，其实深拷贝是需要我们写代码去实现的。

 

好了，理论就是这么多。下面进入实战，主要包括以下几点：

1.   对象拷贝的用途

2.   实现浅拷贝

3.   实现深拷贝

 

1.   对象拷贝的用途

我们学习它，当然要知道它能干嘛是吧？

说实话，对象拷贝用的不多。回忆以下，之前在写 EF 代码时，有接触到将一个对象赋值到另一个对象的场景，只是当时没有对象拷贝这个概念。也仅此一次而已！下面是本人能想到的应用场景：

1)   当一个对象中的成员较多，而又不想写代码逐个成员去赋值时；

2)   当需要将一个对象自动完成克隆为一个全新对象时；

3)   当前已经存在一个对象，而使用 new 关键字去创建该对象比较耗时时。

 

2.   实现浅拷贝

我们知道，System.Object 这个基类有一个 MemberwiseClone() 方法，该方法的声明如下：

[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall), SecuritySafeCritical]

protected extern object MemberwiseClone();

1)   该方法采用外部方法实现；

2)   该方法是受保护的，采用了 protected 修饰符（所以只能由子类去访问）；

3)   该方法可以翻译为成员逐一克隆；

没错，该方法就是用于实现浅拷贝的，具体实现如下：

1)   首先，定义一个 CloneBase 抽象基类

[Serializable]

public abstract class CloneBase

{

    /// <summary>

    /// 浅拷贝

    /// </summary>

    public object ShallowCopy()

    {

        return base.MemberwiseClone();

    }

}

 

2)   定义实体类

/// <summary>

/// 性格

/// </summary>

public enum Natures

{

    /// <summary>

    /// 外向

    /// </summary>

    Extroversion = 1,

 

    /// <summary>

    /// 内向

    /// </summary>

    Introversion = 2

}

 

[Serializable]

/// <summary>

/// 部门

/// </summary>

public class Department

{

    public int DepId { get; set; }

 

    public string Name { get; set; }

}

 

[Serializable]

/// <summary>

/// 员工

/// </summary>

public class Employee : CloneBase

{

    //public Employee(int EmpId) { }

 

    public int EmpId { get; set; }

 

    public bool Sex { get; set; }

 

    public double Salary { get; set; }

 

    public DateTime EntryDate { get; set; }

 

    /// <summary>

    /// 性格

    /// </summary>

    public Natures Nature { get; set; }

 

    public string Name { get; set; }

 

    public Department Department { get; set; }

 

    /// <summary>

    /// 业余爱好

    /// </summary>

    public string[] Hobbys { get; set; }

 

    /// <summary>

    /// 技能

    /// </summary>

    public List<string> SkillList { get; set; }

 

    /// <summary>

    /// 工作内容

    /// </summary>

    public Dictionary<int, string> JobContent { get; set; }

 

    /// <summary>

    /// 绩效考核

    /// </summary>

    public DataTable Performance { get; set; }

}

 

3)   测试代码

Employee zhangsan1 = new Employee()

{

    EmpId = 1,

    Sex = true,

    Salary = 10000,

    EntryDate = DateTime.Parse("2011-01-01"),

    Nature = Natures.Extroversion,

    Name = "张三",

    Department = new Department() { DepId = 1, Name = "研发部" },

    Hobbys = new string[] { "打篮球", "健身", "学习" },

    SkillList = new List<string>() { "SQL Server", "Redis" },

    JobContent = new Dictionary<int, string>()

    {

        { 1, "后端开发" },

        { 2, "移动端开发" }

    },

    Performance = new DataTable("MyTable1")

};

zhangsan1.Performance.Columns.AddRange(new DataColumn[]

{

    new DataColumn("Quarter", typeof(int)),     //季度

    new DataColumn("Score", typeof(double)),    //分数

});

zhangsan1.Performance.Rows.Add(1, 80);

 

Employee zhangsan2 = zhangsan1.ShallowCopy() as Employee;

zhangsan2.EmpId = 2;

zhangsan2.Sex = false;

zhangsan2.Salary = 20000;

zhangsan2.EntryDate = DateTime.Parse("2012-02-02");

zhangsan2.Nature = Natures.Introversion;

zhangsan2.Name = "张山";

zhangsan2.Department.DepId = 2;

zhangsan2.Hobbys[0] = "打桌球";

zhangsan2.SkillList[0] = "Oracle";

zhangsan2.JobContent[1] = "前端开发";

zhangsan2.Performance.Rows[0][1] = 90;

 

Console.WriteLine($"zhangsan1 equal to zhangsan2 : {object.ReferenceEquals(zhangsan1, zhangsan2)}");

Console.WriteLine("");

Console.WriteLine($"int type: {zhangsan1.EmpId} -> {zhangsan2.EmpId}");

Console.WriteLine($"bool type: {zhangsan1.Sex} -> {zhangsan2.Sex}");

Console.WriteLine($"double type: {zhangsan1.Salary} -> {zhangsan2.Salary}");

Console.WriteLine($"DateTime type: {zhangsan1.EntryDate} -> {zhangsan2.EntryDate}");

Console.WriteLine($"enum type: {zhangsan1.Nature} -> {zhangsan2.Nature}");

Console.WriteLine("");

Console.WriteLine($"string type: {zhangsan1.Name} -> {zhangsan2.Name}");

Console.WriteLine($"class type: {zhangsan1.Department.DepId} -> {zhangsan2.Department.DepId}");

Console.WriteLine($"array type: {zhangsan1.Hobbys[0]} -> {zhangsan2.Hobbys[0]}");

Console.WriteLine($"List type: {zhangsan1.SkillList[0]} -> {zhangsan2.SkillList[0]}");

Console.WriteLine($"Dictionary type: {zhangsan1.JobContent[1]} -> {zhangsan2.JobContent[1]}");

Console.WriteLine($"DataTable type: {zhangsan1.Performance.Rows[0][1]} -> {zhangsan2.Performance.Rows[0][1]}");

 

4)   运行结果

 

3.   实现深拷贝

深拷贝相比浅拷贝，稍微复杂一点。其实现方式大致分为反射方式和序列化方式，而序列化通常可以借助（XmlSerializer、DataContractSerializer、BinaryFormatter）这三个对象来完成。下面是实现代码：

1)   首先，在 CloneBase 基类中加入深拷贝的实现代码：

/// <summary>

/// 反射方式

/// </summary>

private object Reflection<T>(T obj)

{

    Type sourceType;

    if (obj is string || (sourceType = obj.GetType()).IsValueType)

    {

        return obj;

    }

    else if (sourceType.IsArray)

    {

        Array sourceArr = obj as Array;

        Type arrType = Type.GetType(sourceType.FullName.Replace("[]", string.Empty));   //System.String[] 取数组类型

                                                                                        //创建数组实例，并遍历和递归赋值每个元素

        Array targetArr = Array.CreateInstance(arrType, sourceArr.Length);

        for (int i = 0; i < sourceArr.Length; i++)

        {

            targetArr.SetValue(Reflection(sourceArr.GetValue(i)), i);

        }

        return Convert.ChangeType(targetArr, sourceType);

    }

    else if (sourceType.Assembly.GetName().Name != "mscorlib"

                && !sourceType.FullName.StartsWith("System"))   //认为是自定义 Class 类型

    {

        //创建当前类型的实例，并遍历成员进行赋值

        object instance = Activator.CreateInstance(sourceType);

        FieldInfo[] fields = sourceType.GetFields(

            BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static | BindingFlags.Instance);

        foreach (var field in fields)

        {

            field.SetValue(instance, Reflection(field.GetValue(obj)));  //递归调用（如果是引用类型）

        }

        return instance;

    }

    else

    {

        //到这里可能是 List<T>、Dictionary<TKey, TValue>、DataTable 等复杂数据类型

        //其实并不好实现克隆，所有这里为了简单，就直接赋值源对象引用了

        return obj;

    }

}

 

/// <summary>

/// 序列化方式

/// </summary>

private object Serialize<T>(T obj, int serializeMode)

{

    //1. 采用XML序列化和反序列化

    if (serializeMode == 1)

    {

        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())

        {

            var xmlSerializer = new System.Xml.Serialization.XmlSerializer(obj.GetType());  //无法序列化 System.Collections.Generic.Dictionary`

            xmlSerializer.Serialize(ms, this);

            ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

            return xmlSerializer.Deserialize(ms);

        }

    }

    //2. 采用数据契约序列化和反序列化

    else if (serializeMode == 2)

    {

        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())

        {

            var serializer = new System.Runtime.Serialization.DataContractSerializer(obj.GetType());

            serializer.WriteObject(ms, obj);

            ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

            return serializer.ReadObject(ms);

        }

    }

    //3. 采用二进制格式序列化和反序列化

    else if (serializeMode == 3)

    {

        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())

        {

            var binaryFormatter = new System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter();

            binaryFormatter.Serialize(ms, this);

            ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

            return binaryFormatter.Deserialize(ms);

        }

    }

    else { throw new ArgumentException("serializeMode 参数不在支持的范围内"); }

}

 

/// <summary>

/// 深拷贝

/// </summary>

public virtual object DeepCopy()

{

    //return Reflection(this);

    return Serialize(this, 3);

}

 

2)   修改测试代码

Employee zhangsan2 = zhangsan1.ShallowCopy() as Employee;

改为

Employee zhangsan2 = zhangsan1.DeepCopy() as Employee;

 

3)   测试结果

 

Ø  总结

以下是两种拷贝方式表现形式：

拷贝方式	实现方式	无参构造函数	Serializable 特性	复杂类型（List、Dictionary、DataTable等）
浅拷贝	MemberwiseClone()	非必须	非必须	支持（引用赋值）
深拷贝	反射	必须	非必须	不支持（或比较复杂）
	XmlSerializer	必须	非必须	不支持
	DataContractSerializer	非必须	必须	支持
	BinaryFormatter	非必须	必须	支持

深拷贝：

1.   反射，对于泛型集合（List、Dictionary等）类型，实现起来比较复杂。不推荐使用。

2.   XmlSerializer，对（Dictionary等）类型支持不够，会报错：无法序列化 System.Collections.Generic.Dictionary`2。不推荐使用。

3.   DataContractSerializer，需要额外添加对“System.Runtime.Serialization.dll”程序集的引用，不是很推荐。

4.   BinaryFormatter，位于“mscorlib.dll”程序集，对象序列化方面支持较好，推荐使用。

 

其他：

1.   在 .NET Framework 中提供了用于支持拷贝的接口 System.ICloneable, 该接口定义了一个 object Clone() 方法。但是使用该方法并不好区分是浅拷贝或深拷贝，所以个人觉得并不建议去使用它。

2.   如果非要定义深拷贝由实现类去实现，这时可以考虑定义深拷贝接口 IDeepCopy，具体的拷贝实现由该类来完成；另外，从某种程度上说，深拷贝其实可以看做是一种功能或者能力，也可以考虑定义为帮助方法去实现该功能；而浅拷贝逻辑上不用，因为仅一行代码即可实现，而且父类也能完成该功能。