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，如果克隆方法仅返回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。修改原语会破坏不变量，反之亦然。

他使用了自定义堆栈实现的例子，我使用的是一个简单的学生类

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:在我的克隆方法的覆盖中，我没有在数组字段中调用克隆()。

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]

我想知道更改原始实例中的数组是否也会改变克隆中的数组，因为上面提到的“数组字段将引用与原始实例”相同的数组。

在我的克隆实现中，我也应该看到克隆s2中的变化。适当的实施应该是：

@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;
    }

我有误解这个吗？有人能解释一下发生了什么事吗？

谢谢

~莫赫特

Answer 1

通过调用s1.setMarks(new int[]{10, 10, 10});，您将创建一个全新的数组，并将其引用写入变量marks of s1。因此，s1和s2引用两个不同的数组。

如果您想使用此方法：

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

在类Student中执行以下代码：

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，您将看到，这也影响到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]

(也不要忘记注释行s2.setMarks(new int[]{10, 29, 30});，因为这行还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)

这种行为可以用一个“真实世界的例子”来描述：

想象一下你和一个朋友拿着一根绳子，两头各有一个人。这条绳子代表了你所指的Array。如果你的朋友拉着绳子(改变数组中的一个值)，你会注意到这一点。如果你拉着那根绳子，你的朋友也会注意到的。

通过给s1.setMarks(new int[]{...});打电话，你的朋友得到了一根新的绳子，他会放下第一根绳子。如果他拉着那根绳子，你不会注意到的，因为你们两个有不同的。通过调用s2.setMarks(new int[]{...});，您将得到一条新的绳子，并将第一根绳子掉落。这是第三个朋友，叫做Garbage Collector的信号，让他拿起绳子扔掉，因为没有人再用它了。但这位朋友有点懒，所以不能保证他会立即这么做。

Answer 2

int[]类型的变量可用于封装四种不同的事物中的任何一种：

1. 永远不会被修改的数组的内容。
2. 数组的内容，这些内容可能被修改，并且不存在变量所有者不知道的引用。
3. 数组的标识，该数组可能被修改，并且是由其他人拥有的。
4. 可以修改的数组的标识，该数组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，但是除了稍微增加性能成本之外，克隆这些数组可能是无害的。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。拥有第四种类型数组的对象通常不应该实现clone()。

尚不清楚是否真的希望代码将数组视为第一种类型或第三种类型；在这两种情况下，您的clone方法都不需要克隆数组。在使用数组类型变量时，第二种模式是最常见的，但您的特定用例并不适合它。

对于每个数组类型变量，确定这四种情况中的哪一种适用，并清楚地说明您应该如何继续执行clone。请注意，不能将数组分为四种类型之一，您的代码可能已经损坏，您应该在担心clone之前修复它。