Java 问答:终极父类(一)——clone()方法

/*原作者分成3部分讲Object类及其相关内容。这里,我将他们翻译并按照内容来发布。这是第一篇,讲的是Object类简介和其中的clone()方法*/

Java的一些特性会让初学者感到困惑,但在有经验的开发者眼中,却是合情合理的。例如,新手可能不会理解Object类。这篇文章分成三个部分讲跟Object类及其方法有关的问题。

ps:这个系列的翻译已经结束,目录如下:

  1. Java 问答:终极父类(一)——clone()方法
  2. Java 问答:终极父类(二)——equals()方法
  3. Java 问答:终极父类(三)——finalize()和 getClass()
  4. Java 问答:终极父类(四)——hashCode()
  5. Java 问答:终极父类(五)——toString()
  6. Java问答:终极父类(六)——等待/唤醒和接口

上帝类

问:什么是Object类?

答:Object类存储在java.lang包中,是所有java类(Object类除外)的终极父类。当然,数组也继承了Object类。然而,接口是不继承Object类的,原因在这里指出:Section 9.6.3.4 of the Java Language Specification:“Object类不作为接口的父类”。 Object类中声明了以下函数,我会在下文中作详细说明。

  • protected Object clone()
  • boolean equals(Object obj)
  • protected void finalize()
  • Class<?> getClass()
  • int hashCode()
  • void notify()
  • void notifyAll()
  • String toString()
  • void wait()
  • void wait(long timeout)
  • void wait(long timeout, int nanos)

java的任何类都继承了这些函数,并且可以覆盖不被final修饰的函数。例如,没有final修饰的toString()函数可以被覆盖,但是final wait()函数就不行。

问:可以声明要“继承Object类”吗?

答:可以。在代码中明确地写出继承Object类没有语法错误。参考代码清单1。

你可以试着编译代码1(javac Employee.java),然后运行Employee.class(java Employee),可以看到John Doe 成功的输出了。

因为编译器会自动引入java.lang包中的类型,即import java.lang.Object; 没必要声明出来。Java也没有强制声明“继承Object类”。如果这样的话,就不能继承除Object类之外别的类了,因为java不支持多继承。然而,即使不声明出来,也会默认继承了Object类,参考代码清单2。

就像代码清单1一样,这里的Employee类继承了Object,所以可以使用它的函数。

克隆Object

问:clone()函数是用来做什么的?

答:clone()可以产生一个相同的类并且返回给调用者。

问:clone()是如何工作的?

答:Objectclone()作为一个本地方法来实现,这意味着它的代码存放在本地的库中。当代码执行的时候,将会检查调用对象的类(或者父类)是否实现了java.lang.Cloneable接口(Object类不实现Cloneable)。如果没有实现这个接口,clone()将会抛出一个检查异常()——java.lang.CloneNotSupportedException,如果实现了这个接口,clone()会创建一个新的对象,并将原来对象的内容复制到新对象,最后返回这个新对象的引用。

问:怎样调用clone()来克隆一个对象?

答:用想要克隆的对象来调用clone(),将返回的对象从Object类转换到克隆的对象所属的类,赋给对象的引用。这里用代码清单3作一个示例。

代码清单3声明了一个继承Cloneable接口的CloneDemo类。这个接口必须实现,否则,调用Object的clone()时将会导致抛出异常CloneNotSupportedException

CloneDemo声明了一个int型变量x和主函数main()来演示这个类。其中,main()声明可能会向外抛出CloneNotSupportedException异常。

Main()先实例化CloneDemo并将x的值初始化为5。然后输出x的值,紧接着调用clone() ,将克隆的对象传回CloneDemo。最后,输出了克隆的x的值。

编译代码清单3(javac CloneDemo.java)然后运行(java CloneDemo)。你可以看到以下运行结果:

问:什么情况下需要覆盖clone()方法呢?

答:上面的例子中,调用clone()的代码是位于被克隆的类(即CloneDemo类)里面的,所以就不需要覆盖clone()了。但是,如果调用别的类中的clone(),就需要覆盖clone()了。否则,将会看到“cloneObject中是被保护的”提示,因为clone()Object中的权限是protected。(译者注:protected权限的成员在不同的包中,只有子类对象可以访问。代码清单3的CloneDemo类和代码清单4的Data类是Object类的子类,所以可以调用clone(),但是代码清单4中的CloneDemo类就不能直接调用Data父类的clone())。代码清单4在代码清单3上稍作修改来演示覆盖clone()

代码清单4声明了一个待克隆的Data类。这个类实现了Cloneable接口来防止调用clone()的时候抛出异常CloneNotSupportedException,声明了int型变量x,覆盖了clone()方法。这个方法通过执行super.clone()来调用父类的clone()(这个例子中是Object的)。通过覆盖来避免抛出CloneNotSupportedException异常。

代码清单4也声明了一个CloneDemo类来实例化Data,并将其初始化,输出示例的值。然后克隆Data的对象,同样将其值输出。

编译代码清单4(javac CloneDemo.java)并运行(java CloneDemo),你将看到以下运行结果:

问:什么是浅克隆?

A:浅克隆(也叫做浅拷贝)仅仅复制了这个对象本身的成员变量,该对象如果引用了其他对象的话,也不对其复制。代码清单3和代码清单4演示了浅克隆。新的对象中的数据包含在了这个对象本身中,不涉及对别的对象的引用。

如果一个对象中的所有成员变量都是原始类型,并且其引用了的对象都是不可改变的(大多情况下都是)时,使用浅克隆效果很好!但是,如果其引用了可变的对象,那么这些变化将会影响到该对象和它克隆出的所有对象!代码清单5给出一个示例。

代码清单5给出了EmployeeAddressCloneDemo类。Employee声明了nameageaddress成员变量,是可以被克隆的类;Address声明了一个城市的地址并且其值是可变的。CloneDemo类驱动这个程序。

CloneDemo的主函数main()创建了一个Employee对象并且对其进行克隆,然后,改变了原来的Employee对象中address值城市的名字。因为原来的Employee对象和其克隆出来的对象引用了相同的Address对象,所以两者都会提现出这个变化。

编译 (javac CloneDemo.java) 并运行 (java CloneDemo)代码清单5,你将会看到如下输出结果:

问:什么是深克隆?

答:深克隆(也叫做深复制)会复制这个对象和它所引用的对象的成员变量,如果该对象引用了其他对象,深克隆也会对其复制。例如,代码清单6在代码清单5上稍作修改演示深克隆。同时,这段代码也演示了协变返回类型和一种更为灵活的克隆方式。

Java支持协变返回类型,代码清单6利用这个特性,在Employee类中覆盖父类clone()方法时,将返回类型从Object类的对象改为Employee类型。这样做的好处就是,Employee类之外的代码可以不用将这个类转换为Employee类型就可以对其进行复制。

Employee类的clone()方法首先调用super().clone(),对name,age,address这些成员变量进行浅克隆。然后,调用成员变量Address对象的clone()来对其引用Address对象进行克隆。

Address类中的clone()函数可以看出,这个clone()和我们之前写的clone()有些不同:

  • Address类没有实现Cloneable接口。因为只有在Object类中的clone()被调用时才需要实现,而Address是不会调用clone()的,所以没有实现Cloneable()的必要。
  • 这个clone()函数没有声明抛出CloneNotSupportedException。这个检查异常只可能在调用Objectclone()的时候抛出。clone()是不会被调用的,因此这个异常也就没有被处理或者传回调用处的必要了。
  • Object类的clone()没有被调用(这里没有调用super.clone())。因为这不是对Address的对象进行浅克隆——只是一个成员变量复制而已。

为了克隆Address的对象,需要创建一个新的Address对象并对其成员进行初始化操作。最后将新创建的Address对象返回。

编译(javac CloneDemo.java)代码清单6并且运行这个程序,你将会看到如下输出结果(java CloneDemo):

Q:如何克隆一个数组?

A:对数组类型进行浅克隆可以利用clone()方法。对数组使用clone()时,不必将clone()的返回值类型转换为数组类型,代码清单7示范了数组克隆。

代码清单7声明了一个City类存储名字,还有一些有关城市的数据(比如人口)。CloneDemo类提供了主函数main()来演示数组克隆。

main()函数首先声明了一个双精度浮点型数组来表示温度。在输出数组的值之后,克隆这个数组——注意没有运算符。之后,输出克隆的完全相同的数据。

紧接着,main()声明了一个City对象的数组,输出城市的名字,克隆这个数组,输出克隆的这个数组中城市的名字。为了证明浅克隆完成(比如,这两个数组引用了相同的City对象),main()最后改变了原来的数组中第一个城市的名字,输出第二个数组中所有城市的名字。我们马上就可以看到,第二个数组中的名字也改变了。

编译 (javac CloneDemo.java)并运行 (java CloneDemo)代码清单7,你将会看到如下输出结果:

英文原文由首次发表在Java World,译文由赖信涛 首次发表在Importnew

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