copy 的实现原理与深浅拷贝

转自：http://bbs.9ria.com/thread-210322-1-1.html

首先，从copy开始说，简而言之，copy的目的就是生成一个新的实例，然后把其成员都按原实例赋值。对于非指针型的成员，比如BOOL, int, float，这样的赋值可以直接进行。但是对于指针型的数据，比如Objc中用到的对象，就有Deep Copy和Shallow Copy的区别——这个和在C++中的基本上是一样的：是生成新的成员对象，或是指向同一成员对象。 

了解了这点以后，再看看Copy在 Objetive-C中的实现方式。如果要调用一个对象的copy方法，这个对象必须遵循NSCopying的协议。这个协议中规定了一个方法：- (id)copyWithZone: ( NSZone  * )zone;我们就是通过实现这个方法给对象提供拷贝的功能。对于很多现有类，如NSString，NSDictionary，。。。这个方法已经实 现。假设我们现在自定义了一个类，需要为这个类提供拷贝的功能，就需要自己来动手写CopyWithZone的方法：示例如下：

这个是自定义的类：

1. @interface Product : NSObject <NSCopying>
2. {
3. NSString *productName;
4. float price;
5. id delegate;
6. }
8. @end

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然后我们需要在Product类中实现NSCopying中的copyWithZone方法：

1. - (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
2. {
3. Product *copy = [[[self class] allocWithZone: zone]
4. initWithProductName:[self productName]
5. price:[self price]]; //注意这里，我们使用了class的allocWithZone的方法创建了一个拷贝，这里假定Product类中有一个 initWithProductName: price:的初始化方法。那么这样调用后就得到了一个Product的副本，而且name和price都已经设置好了
7. [copy setDelegate:[self delegate]]; //这里再设置delegate
9. return copy; //返回副本
10. }

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那么这样，如果我们有一个product的实例, 假设为product1，然后调用Product *product2 = [product1 copy];
就会使用我们上面写的copyWithZone的方法创建一个product1的副本，然后赋值给product2。

这里再以上面方法中的成员delegate为例，解释一下deep copy和shallow copy：

在 copyWithZone方法中，我们得到了一个新的product实例，但是delegate是个对象，所以在副本中，我们可以选择创建一个新的 delegate对象（deep copy），或是指向同一个delegate（shallow copy）。这个就取决于Product类中的setDelegate:方法了。你可以选择在setDelegate的时候，copy，也可以让它们都指 向同一个对象（但是需要retain，原因可以自己思考一下），当然，简单assign在某种情况下也是可以的。

假设在Product类中有setDelegate:方法，或是有delegate的property：

1. - (void)setDelegate: (id)aDelegate
2. {
3. [delegate release];
4. delegate = [delegate copy];
5. }

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这 样就是一个深拷贝了，因为使用了delegate的copy方法得到了一个delegate的副本。至于如何得到delegate的副本，就要看 delegate的copyWithZone方法的实现了，不在这个层面的考虑中。也就是说，copy总是一中“递归”的形式，从上到下，我们可以一层一 层的考虑。

1. - (void)setDelegate: (id)aDelegate
2. {
3. [delegate release];
4. delegate = [aDelegate retain];
5. }

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这样操作后，delegate和aDelegate为同一对象，但是为了内存管理方面的要求，我们调用了retain来将reference count加了一。当然，如果不需要了，还可以直接赋值（assign）：

1. - (void)setDelegate: (id)aDelegate
2. {
3. delegate = aDelegate
4. }

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你可以把这个例子自己实现一下，然后用log打一打内存，这个结构就很明了了。

然后再说一下可变副本（mutable copy）和不可变副本(immutable copy)：

可变和不可变的概念，我们之前通过NSDictionary和NSMutableDictionary的区别了解过。

一 般来说，如果我们的某个类需要区别对待这两个功能——同时提供创建可变副本和不可变副本的话，一般在NSCopying协议规定的方法 copyWithZone中返回不可变副本；而在NSMutableCopying的mutableCopyWithZone方法中返回可变副本。然后调 用对象的copy和mutableCopy方法来得到副本。

举个例子：

NSDictionary类已经遵循了NSCopying和NSMutableCopy的协议，也就是说我们可以调用它的copy和mutableCopy来得到不可变和可变的副本，程序如下：

1. NSDictionary *testDict = [[NSDictionary alloc]initWithObjectsAndKeys:@”hello”, @”test”,nil];
2. NSDictionary *destDict = [testDict copy];
3. NSLog(@”test Dict:%p,retain Count: %dndest Dict:%p, retain Count: %d”,testDict,[testDict retainCount],destDict,[destDict retainCount]);

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这个在我机器上的运行结果为：

test Dict:0x11f220, retain Count: 2

dest Dict:0x11f220,retain Count: 2

看 起来，两个dict指向了同一片内存区域，但是retainCount加了1。这点需要理解一下，因为我们使用NSCopying方法要返回一个不可变对 象。而且原来的testDict也是不可变的，那么这里的“副本”也就没多大意义了（这就如同使用字符串常量时，系统会为我们优化，声明了多个字符串，但 是都是常量，且内容相等，那么系统就只为我们申请一块空间，这个道理是一样的）。既然都不可变，那么指向同一个空间就可以了。这里的copy和 retain没什么区别。

我们使用copyWithZone的方法返回immutable的对象，而不管原来的是可变的或是不可变的。我们再看一下如下代码：

1. NSMutableDictionary *testDict = [[NSMutableDictionary alloc]initWithObjectsAndKeys:@”hello”, @”test”,nil];
2. NSMutableDictionary *destDict = [testDict copy];
3. NSLog(@”test Dict:%p,retain count:%dndest Dict:%p,retain count:%d”,testDict,[testDict retainCount],destDict,[destDict retainCount]);
4. [destDict setObject:@"what" forKey:@"test2"];

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NSMutableDictionary是可变的，该代码在我机器上运行的结果为：

test Dict:0x20dcc0,retain count:1

dest Dict:0×209120,retain count:1

*** -[NSCFDictionary setObject:forKey:]: mutating method sent to immutable object

可 以看到因为我们调用了可变对象的copy方法，这个不像之前的例子中一样，只是retain了一下。这里的test dict和dest Dict已经是两个对象了，但是，copyWithZone的方法返回的是不可变的对象，因此之后的setObject: forKey:方法会出现错误。

下面这样改一下就OK了。

1. NSMutableDictionary *testDict = [[NSMutableDictionary alloc]initWithObjectsAndKeys:@”hello”, @”test”,nil];
2. NSMutableDictionary *destDict = [testDict mutableCopy];
3. NSLog(@”test Dict:%p,retain count:%dndest Dict:%p,retain count:%d”,testDict,[testDict retainCount],destDict,[destDict retainCount]);
4. [destDict setObject:@"what" forKey:@"test2"];
5. NSLog(@”destDict:%@”,destDict);

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运行结果为：

test Dict:0×123550,retain count:1

dest Dict:0x10a460,retain count:1


因为我们使用了mutableCopy来得到了一个可变副本。

Note：对于系统提供的所有既支持NSCopying，又支持NSMutableCopying的类。

copy方法，得到的是不可变对象，不管以前的是可变还是不可变。

mutableCopy方法，得到的是可变对象，不管以前的是可变还是不可变。