[C#进阶系列]专题一：深入解析深拷贝和浅拷贝

一、前言

　　这个星期参加了一个面试，面试中问到深浅拷贝的区别，然后我就简单了讲述了它们的之间的区别，然后面试官又继续问，如何实现一个深拷贝呢？当时只回答回答了一种方式，就是使用反射，然后面试官提示还可以通过反序列化和表达树的方式。然后又继续问，如果用反射来实现深拷贝的话，如何解决互相引用对象的问题呢？ 当时我给出的答案是说那就不用反射去实现呗，用反序列化实现呗，或者直接避免使两个对象互相引用呗。然后面试官说，如果一定用反射来写，你是怎么去解决这个问题呢？这时候我就愣住了。

　　这样也就有了这篇文章。今天就来深入解析下深浅拷贝的问题。

二、深拷贝 Vs 浅拷贝

　　首先，讲到深浅拷贝，自然就有一个问题来了？什么是深拷贝，什么又是浅拷贝呢？下面就具体介绍下它们的定义。

　　深拷贝：指的是拷贝一个对象时，不仅仅把对象的引用进行复制，还把该对象引用的值也一起拷贝。这样进行深拷贝后的拷贝对象就和源对象互相独立，其中任何一个对象的改动都不会对另外一个对象造成影响。举个例子，一个人叫张三，然后使用克隆技术以张三来克隆另外一个人叫李四，这样张三和李四就是相互独立的，不管张三缺胳膊还是李四少腿了都不会影响另外一个人。在.NET领域，值对象就是典型的例子，如int, Double以及结构体和枚举等。具体例子如下所示：

int source = 123;// 值类型赋值内部执行深拷贝int copy = source;// 对拷贝对象进行赋值不会改变源对象的值copy = 234;// 同样对源对象赋值也不会改变拷贝对象的值source = 345;

　　浅拷贝：指的是拷贝一个对象时，仅仅拷贝对象的引用进行拷贝，但是拷贝对象和源对象还是引用同一份实体。此时，其中一个对象的改变都会影响到另一个对象。例如，一个人一开始叫张三，后来改名字为张老三了，可是他们还是同一个人，不管张三缺胳膊还是张老三少腿，都反应在同一个人身上。在.NET中引用类型就是一个例子。如类类型。具体例子如下所示：

public class Person    {        public string Name { get; set; }    }    class PRogram    {        static void Main(string[] args)        {            Person sourceP = new Person() { Name = "张三" };            Person copyP = sourceP; // 浅拷贝            copyP.Name = "张老三"; // 拷贝对象改变Name值            // 结果都是"张老三",因为实现的是浅拷贝，一个对象的改变都会影响到另一个对象            Console.WriteLine("Person.Name: [SourceP: {0}] [CopyP:{1}]", sourceP.Name, copyP.Name);            Console.Read();        }    }

三、深浅拷贝的几种实现方式

　　上面已经明白了深浅拷贝的定义，至于他们之间的区别也在定义中也有所体现。介绍完了它们的定义和区别之后，自然也就有了如何去实现它们呢？

　　对于，浅拷贝的实现方式很简单，.NET自身也提供了实现。我们知道，所有对象的父对象都是System.Object对象，这个父对象中有一个MemberwiseClone方法，该方法就可以用来实现浅拷贝，下面具体看看浅拷贝的实现方式，具体演示代码如下所示：

// 继承ICloneable接口，重新其Clone方法    class ShallowCopyDemoClass : ICloneable    {        public int intValue = 1;        public string strValue = "1";        public PersonEnum pEnum = PersonEnum.EnumA;        public PersonStruct pStruct = new PersonStruct() {  StructValue = 1};        public Person pClass = new Person("1");        public int[] pIntArray = new int[] { 1 };        public string[] pStringArray = new string[] { "1" };        #region ICloneable成员        public object Clone()        {            return this.MemberwiseClone();        }        #endregion     }    class Person    {        public string Name;        public Person(string name)        {            Name = name;        }    }    public enum PersonEnum    {        EnumA = 0,        EnumB = 1    }    public struct PersonStruct    {        public int StructValue;    }

　　上面类中重写了IConeable接口的Clone方法，其实现直接调用了Object的MemberwiseClone方法来完成浅拷贝，如果想实现深拷贝，也可以在Clone方法中实现深拷贝的逻辑。接下来就是对上面定义的类进行浅拷贝测试了，看看是否是实现的浅拷贝，具体演示代码如下所示：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            ShallowCopyDemo();            // List浅拷贝的演示            ListShallowCopyDemo();        }        public static void ListShallowCopyDemo()        {            List<PersonA> personList = new List<PersonA>()             {                new PersonA() { Name="PersonA", Age= 10, ClassA= new A() { TestProperty = "AProperty"} },                new PersonA() { Name="PersonA2", Age= 20, ClassA= new A() { TestProperty = "AProperty2"} }            };            // 下面2种方式实现的都是浅拷贝            List<PersonA> personsCopy = new List<PersonA>(personList);            PersonA[] personCopy2 = new PersonA[2];            personList.CopyTo(personCopy2);　　　　　　　// 由于实现的是浅拷贝，所以改变一个对象的值，其他2个对象的值都会发生改变，因为它们都是使用的同一份实体，即它们指向内存中同一个地址　            personsCopy.First().ClassA.TestProperty = "AProperty3";            WriteLog(string.Format("personCopy2.First().ClassA.TestProperty is {0}", personCopy2.First().ClassA.TestProperty));            WriteLog(string.Format("personList.First().ClassA.TestProperty is {0}", personList.First().ClassA.TestProperty));            WriteLog(string.Format("personsCopy.First().ClassA.TestProperty is {0}", personsCopy.First().ClassA.TestProperty));　　　　　　　Console.Read();　        }        public static void ShallowCopyDemo()        {            ShallowCopyDemoClass DemoA = new ShallowCopyDemoClass();            ShallowCopyDemoClass DemoB = DemoA.Clone() as ShallowCopyDemoClass ;            DemoB.intValue = 2;            WriteLog(string.Format("    int->[A:{0}] [B:{1}]", DemoA.intValue, DemoB.intValue));            DemoB.strValue = "2";            WriteLog(string.Format("    string->[A:{0}] [B:{1}]", DemoA.strValue, DemoB.strValue));            DemoB.pEnum = PersonEnum.EnumB;            WriteLog(string.Format("  Enum->[A: {0}] [B:{1}]", DemoA.pEnum, DemoB.pEnum));            DemoB.pStruct.StructValue = 2;            WriteLog(string.Format("    struct->[A: {0}] [B: {1}]", DemoA.pStruct.StructValue, DemoB.pStruct.StructValue));            DemoB.pIntArray[0] = 2;            WriteLog(string.Format("   intArray->[A:{0}] [B:{1}]", DemoA.pIntArray[0], DemoB.pIntArray[0]));            DemoB.pStringArray[0] = "2";            WriteLog(string.Format("stringArray->[A:{0}] [B:{1}]", DemoA.pStringArray[0], DemoB.pStringArray[0]));            DemoB.pClass.Name = "2";            WriteLog(string.Format("      Class->[A:{0}] [B:{1}]", DemoA.pClass.Name, DemoB.pClass.Name));　　　　　　　Console.WriteLine();　　　　　　} 

private static void WriteLog(string msg) { Console.WriteLine(msg); } 　　} }

　　上面代码的运行结果如下图所示：

　　从上面运行结果可以看出，.NET中值类型默认是深拷贝的，而对于引用类型，默认实现的是浅拷贝。所以对于类中引用类型的属性改变时，其另一个对象也会发生改变。

　　上面已经介绍了浅拷贝的实现方式，那深拷贝要如何实现呢？在前言部分已经介绍了，实现深拷贝的方式有：反射、反序列化和表达式树。在这里，我只介绍反射和反序列化的方式，对于表达式树的方式在网上也没有找到，当时面试官说是可以的，如果大家找到了表达式树的实现方式，麻烦还请留言告知下。下面我们首先来看看反射的实现方式吧：

// 利用反射实现深拷贝        public static T DeepCopyWithReflection<T>(T obj)        {            Type type = obj.GetType();            // 如果是字符串或值类型则直接返回            if (obj is string || type.IsValueType) return obj;            if (type.IsArray)            {                Type elementType = Type.GetType(type.FullName.Replace("[]", string.Empty));                var array = obj as Array;                Array copied = Array.CreateInstance(elementType, array.Length);                for (int i = 0; i < array.Length; i++)                {                    copied.SetValue(DeepCopyWithReflection(array.GetValue(i)), i);                }                return (T)Convert.ChangeType(copied, obj.GetType());            }            object retval = Activator.CreateInstance(obj.GetType());                        PropertyInfo[] properties = obj.GetType().GetProperties(                BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic                | BindingFlags.Instance | BindingFlags.Static);            foreach (var property in properties)            {                var propertyValue = property.GetValue(obj, null);                if (propertyValue == null)                    continue;                property.SetValue(retval, DeepCopyWithReflection(propertyValue), null);            }            return (T)retval;        }

　　反序列化的实现方式，反序列化的方式也可以细分为3种，具体的实现如下所示：

 // 利用xml序列化和反序列化实现        public static T DeepCopyWithXmlSerializer<T>(T obj)        {            object retval;            using (MemoryStream ms = new MemoryStream())            {                XmlSerializer xml = new XmlSerializer(typeof(T));                xml.Serialize(ms, obj);                ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);                retval = xml.Deserialize(ms);                ms.Close();            }            return (T)retval;        }        // 利用二进制序列化和反序列实现        public static T DeepCopyWithBinarySerialize<T>(T obj)        {            object retval;            using (MemoryStream ms = new MemoryStream())            {                BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();                // 序列化成流                bf.Serialize(ms, obj);                ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);                // 反序列化成对象                retval = bf.Deserialize(ms);                ms.Close();            }            return (T)retval;        }        // 利用DataContractSerializer序列化和反序列化实现        public static T DeepCopy<T>(T obj)        {            object retval;