浅析C#深拷贝与浅拷贝

1.深拷贝与浅拷贝

  拷贝即是通常所说的复制(Copy)或克隆(Clone)，对象的拷贝也就是从现有对象复制一个“一模一样”的新对象出来。虽然都是复制对象，但是不同的复制方法，复制出来的新对象却并非完全一模一样，对象内部存在着一些差异。通常的拷贝方法有两种，即深拷贝和浅拷贝，那二者之间有何区别呢？MSDN里对IClone接口的Clone方法有这样的说明：在深层副本中，所有的对象都是重复的；而在浅表副本中，只有顶级对象是重复的，并且顶级以下的对象包含引用。可以看出，深拷贝和浅拷贝之间的区别在于是否复制了子对象。这如何理解呢？下面我通过带有子对象的代码来验证二者的区别。

首先定义两个类型：Student和ClassRoom，其中Student类型里包含ClassRoom，并使这两个类型都分别实现自定义的深拷贝接口(IDeepCopy)和浅拷贝接口(IShallowCopy)。

类图如下：

定义代码如下：

/// <summary>
    /// 深拷贝接口
    /// </summary>
    interface IDeepCopy
    {
        object DeepCopy();
    }

    /// <summary>
    /// 浅拷贝接口
    /// </summary>
    interface IShallowCopy
    {
        object ShallowCopy();
    }

    /// <summary>
    /// 教室信息
    /// </summary>
    class ClassRoom : IDeepCopy, IShallowCopy
    {
        public int RoomID = 1;
        public string RoomName = "Room1";

        public override string ToString()
        {
            return "RoomID=" + RoomID + "/tRoomName=" + RoomName;
        }
        public object DeepCopy()
        {
            ClassRoom r = new ClassRoom();
            r.RoomID = this.RoomID;
            r.RoomName = this.RoomName;
            return r;
        }
        public object ShallowCopy()
        {
            //直接使用内置的浅拷贝方法返回
            return this.MemberwiseClone();
        }
    }

    class Student : IDeepCopy, IShallowCopy
    {
        //为了简化，使用public 字段
        public string Name;
        public int Age;
        //自定义类型，假设每个Student只拥有一个ClassRoom
        public ClassRoom Room = new ClassRoom();

        public Student()
        {
        }
        public Student(string name, int age)
        {
            this.Name = name;
            this.Age = age;
        }
        public object DeepCopy()
        {
            Student s = new Student();
            s.Name = this.Name;
            s.Age = this.Age;
            s.Room = (ClassRoom)this.Room.DeepCopy();
            return s;
        }
        public object ShallowCopy()
        {
            return this.MemberwiseClone();
        }

        public override string ToString()
        {
            return "Name:" + Name + "/tAge:" + Age + "/t" + Room.ToString();
        }

    }

测试代码：

            Student s1 = new Student("Vivi", 28);
            Console.WriteLine("s1=[" + s1 + "]");
            Student s2 = (Student)s1.ShallowCopy();
            //Student s2 = (Student)s1.DeepCopy();
            Console.WriteLine("s2=[" + s2 + "]");  //此处s2和s1内容相同
            Console.WriteLine("-----------------------------");
            //修改s2的内容
            s2.Name = "tianyue";
            s2.Age = 25;
            s2.Room.RoomID = 2;
            s2.Room.RoomName = "Room2";
            Console.WriteLine("s1=[" + s1 + "]");
            Console.WriteLine("s2=[" + s2 + "]"); //再次打印两个对象以比较
            Console.ReadLine();

运行结果：

a.ShallowCopy

s1=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=1        RoomName=Room1]
s2=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=1        RoomName=Room1]
-------------------------------------------------------------

s1=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=2        RoomName=Room2]
s2=[Name:tianyue        Age:25  RoomID=2        RoomName=Room2]

b.DeepCopy

s1=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=1        RoomName=Room1]
s2=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=1        RoomName=Room1]
-----------------------------
s1=[Name:Vivi   Age:28  RoomID=1        RoomName=Room1]
s2=[Name:tianyue        Age:25  RoomID=2        RoomName=Room2]

从以上结果可以看出，深拷贝时两个对象是完全“分离”的，改变其中一个，不会影响到另一个对象；浅拷贝时两个对象并未完全“分离”，改变顶级对象的内容，不会对另一个对象产生影响，但改变子对象的内容，则两个对象同时被改变。这种差异的产生，即是取决于拷贝子对象时复制内存还是复制指针。深拷贝为子对象重新分配了一段内存空间，并复制其中的内容；浅拷贝仅仅将指针指向原来的子对象。

示意图如下：

2.浅拷贝与赋值操作

大多数面向对象语言中的赋值操作都是传递引用，即改变对象的指针地址，而并没有复制内存，也没有做任何复制操作。由此可知，浅拷贝与赋值操作的区别是顶级对象的复制与否。当然，也有一些例外情况，比如类型定义中重载赋值操作符（assignment operator），或者某些类型约定按值传递，就像C＃中的结构体和枚举类型。

赋值操作示意图如下：

 

 

基于.NET的反射机制，以前写了一个通用的序列化方法，现在可以拿过来，先序列化，然后再反序列化回来，也即是一个深拷贝，示例代码如下：

        #region ICloneable Members

        /// <summary>
        /// 此处的复制为深拷贝，在实现上，为了简化，采用序列化和反序列化。
        /// </summary>
        /// <returns>深拷贝对象</returns>
        public object Clone()
        {
            Student stu = new Student();
            XmlStorageHelper helper = new XmlStorageHelper();
            string strXml = helper.ConvertToString(this);
            helper.LoadFromString(stu, strXml);   //从XML字符串来赋值

            return stu;
        }

        #endregion