深拷貝和淺拷貝

iOS 集合的深複製與淺複製

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概念

對象拷貝有兩種方式：淺複製和深複製。顧名思義，淺複製，並不拷貝對象本身，僅僅是拷貝指向對象的指針；深複製是直接拷貝整個對象內存到另一塊內存中。

一圖以蔽之

再簡單些說：淺複製就是指針拷貝；深複製就是內容拷貝。

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集合的淺複製 (shallow copy)

集合的淺複製有非常多種方法。當你進行淺複製時，會向原始的集合發送retain消息，引用計數加1，同時指針被拷貝到新的集合。

現在讓我們看一些淺複製的例子：

1. NSArray *shallowCopyArray = [someArray copyWithZone:nil];
3. NSSet *shallowCopySet = [NSSet mutableCopyWithZone:nil];
5. NSDictionary *shallowCopyDict = [[NSDictionary alloc] initWithDictionary:someDictionary copyItems:NO];

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集合的深複製 (deep copy)

集合的深複製有兩種方法。可以用 initWithArray:copyItems: 將第二個參數設置爲YES即可深複製，如

1. NSDictionary shallowCopyDict = [[NSDictionary alloc] initWithDictionary:someDictionary copyItems:YES];

如果你用這種方法深複製，集合裏的每個對象都會收到 copyWithZone: 消息。如果集合裏的對象遵循 NSCopying 協議，那麼對象就會被深複製到新的集合。如果對象沒有遵循 NSCopying 協議，而嘗試用這種方法進行深複製，會在運行時出錯。copyWithZone: 這種拷貝方式只能夠提供一層內存拷貝(one-level-deep copy)，而非真正的深複製。

第二個方法是將集合進行歸檔(archive)，然後解檔(unarchive)，如：

1. NSArray *trueDeepCopyArray = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithData:[NSKeyedArchiver archivedDataWithRootObject:oldArray]];

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集合的單層深複製 (one-level-deep copy)

看到這裏，有同學會問：如果在多層數組中，對第一層進行內容拷貝，其它層進行指針拷貝，這種情況是屬於深複製，還是淺複製？對此，蘋果官網文檔有這樣一句話描述

This kind of copy is only capable of producing a one-level-deep copy. If you only need a one-level-deep copy...

If you need a true deep copy, such as when you have an array of arrays...

從文中可以看出，蘋果認爲這種複製不是真正的深複製，而是將其稱爲單層深複製(one-level-deep copy)。因此，網上有人對淺複製、深複製、單層深複製做了概念區分。

• 淺複製(shallow copy)：在淺複製操作時，對於被複制對象的每一層都是指針複製。
• 深複製(one-level-deep copy)：在深複製操作時，對於被複制對象，至少有一層是深複製。
• 完全複製(real-deep copy)：在完全複製操作時，對於被複制對象的每一層都是對象複製。

當然，這些都是概念性的東西，沒有必要糾結於此。只要知道進行拷貝操作時，被拷貝的是指針還是內容即可。

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系統對象的copy與mutableCopy方法

不管是集合類對象，還是非集合類對象，接收到copy和mutableCopy消息時，都遵循以下準則：

• copy返回imutable對象；所以，如果對copy返回值使用mutable對象接口就會crash；
• mutableCopy返回mutable對象；

下面將針對非集合類對象和集合類對象的copy和mutableCopy方法進行具體的闡述

1、非集合類對象的copy與mutableCopy

系統非集合類對象指的是 NSString, NSNumber ... 之類的對象。下面先看個非集合類immutable對象拷貝的例子

1. NSString *string = @"origin";
2. NSString *stringCopy = [string copy];
3. NSMutableString *stringMCopy = [string mutableCopy];

通過查看內存，可以看到 stringCopy 和 string 的地址是一樣，進行了指針拷貝；而 stringMCopy 的地址和 string 不一樣，進行了內容拷貝；

再看mutable對象拷貝例子

1. NSMutableString *string = [NSMutableString stringWithString: @"origin"];
2. //copy
3. NSString *stringCopy = [string copy];
4. NSMutableString *mStringCopy = [string copy];
5. NSMutableString *stringMCopy = [string mutableCopy];
6. //change value
7. [mStringCopy appendString:@"mm"]; //crash
8. [string appendString:@" origion!"];
9. [stringMCopy appendString:@"!!"];

運行以上代碼，會在第7行crash，原因就是 copy 返回的對象是 immutable 對象。註釋第7行後再運行，查看內存，發現 string、stringCopy、mStringCopy、stringMCopy 四個對象的內存地址都不一樣，說明此時都是做內容拷貝。

綜上兩個例子，我們可以得出結論：

在非集合類對象中：對immutable對象進行copy操作，是指針複製，mutableCopy操作時內容複製；對mutable對象進行copy和mutableCopy都是內容複製。用代碼簡單表示如下：

• [immutableObject copy] // 淺複製
• [immutableObject mutableCopy] //深複製
• [mutableObject copy] //深複製
• [mutableObject mutableCopy] //深複製

2、集合類對象的copy與mutableCopy

集合類對象是指NSArray、NSDictionary、NSSet ... 之類的對象。下面先看集合類immutable對象使用copy和mutableCopy的一個例子：

1. NSArray *array = @[@[@"a", @"b"], @[@"c", @"d"];
2. NSArray *copyArray = [array copy];
3. NSMutableArray *mCopyArray = [array mutableCopy];

查看內容，可以看到copyArray和array的地址是一樣的，而mCopyArray和array的地址是不同的。說明copy操作進行了指針拷貝，mutableCopy進行了內容拷貝。但需要強調的是：此處的內容拷貝，僅僅是拷貝array這個對象，array集合內部的元素仍然是指針拷貝。這和上面的非集合immutable對象的拷貝還是挺相似的，那麼mutable對象的拷貝會不會類似呢？我們繼續往下，看mutable對象拷貝的例子：

1. NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithObjects:[NSMutableString stringWithString:@"a"],@"b",@"c",nil];
2. NSArray *copyArray = [array copy];
3. NSMutableArray *mCopyArray = [array mutableCopy];

查看內存，如我們所料，copyArray、mCopyArray和array的內存地址都不一樣，說明copyArray、mCopyArray都對array進行了內容拷貝。同樣，我們可以得出結論：

在集合類對象中，對immutable對象進行copy，是指針複製，mutableCopy是內容複製；對mutable對象進行copy和mutableCopy都是內容複製。但是：集合對象的內容複製僅限於對象本身，對象元素仍然是指針複製。用代碼簡單表示如下：

• [immutableObject copy] // 淺複製
• [immutableObject mutableCopy] //單層深複製
• [mutableObject copy] //單層深複製
• [mutableObject mutableCopy] //單層深複製

這個代碼結論和非集合類的非常相似。

這時候，是不是有人要問了，如果要對集合對象複製元素怎麼辦？有這疑問的同學不妨回頭看看集合的深複製。

好了，深複製與淺複製就講到這裏。

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最後說個題外的東西，在蒐集資料的過程中，發現一個有可能犯錯的點

1. NSString *str = @"string";
2. str = @"newString";

上面這段代碼，在執行第二行代碼後，內存地址發生了變化。乍一看，有點意外。按照 C 語言的經驗，初始化一個字符串之後，字符串的首地址就被確定下來，不管之後如何修改字符串內容，這個地址都不會改變。但此處第二行並不是對 str 指向的內存地址重新賦值，因爲賦值操作符左邊的 str 是一個指針，也就是說此處修改的是內存地址。

所以第二行應該這樣理解：將@"newStirng"當做一個新的對象，將這段對象的內存地址賦值給str。

我有如下的兩個方法查看內存地址

• p str 會打印對象本身的內存地址和對象內容

1. (lldb) p str
2. (NSString *) $0 = 0x000000010c913680 @"a"

• po &str 則打印的是引用對象的指針所在的地址

1. (lldb) po &str
2. 0x00007fff532fb6c0