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12.2.3 使类具有克隆能力

尽管克隆方法是在所有类最基本的Object中定义的,但克隆仍然不会在每个类里自动进行。这似乎有些不可思议,因为基础类方法在衍生类里是肯定能用的。但Java确实有点儿反其道而行之;如果想在一个类里使用克隆方法,唯一的办法就是专门添加一些代码,以便保证克隆的正常进行。

1. 使用protected时的技巧

为避免我们创建的每个类都默认具有克隆能力,clone()方法在基础类Object里得到了“保留”(设为protected)。这样造成的后果就是:对那些简单地使用一下这个类的客户程序员来说,他们不会默认地拥有这个方法;其次,我们不能利用指向基础类的一个句柄来调用clone()(尽管那样做在某些情况下特别有用,比如用多形性的方式克隆一系列对象)。在编译期的时候,这实际是通知我们对象不可克隆的一种方式——而且最奇怪的是,Java库中的大多数类都不能克隆。因此,假如我们执行下述代码:

Integer x = new Integer(l); 
 x = x.clone();

那么在编译期,就有一条讨厌的错误消息弹出,告诉我们不可访问clone()——因为Integer并没有覆盖它,而且它对protected版本来说是默认的)。

但是,假若我们是在一个从Object衍生出来的类中(所有类都是从Object衍生的),就有权调用Object.clone(),因为它是“protected”,而且我们在一个继承器中。基础类clone()提供了一个有用的功能——它进行的是对衍生类对象的真正“按位”复制,所以相当于标准的克隆行动。然而,我们随后需要将自己的克隆操作设为public,否则无法访问。总之,克隆时要注意的两个关键问题是:几乎肯定要调用super.clone(),以及注意将克隆设为public。

有时还想在更深层的衍生类中覆盖clone(),否则就直接使用我们的clone()(现在已成为public),而那并不一定是我们所希望的(然而,由于Object.clone()已制作了实际对象的一个副本,所以也有可能允许这种情况)。protected的技巧在这里只能用一次:首次从一个不具备克隆能力的类继承,而且想使一个类变成“能够克隆”。而在从我们的类继承的任何场合,clone()方法都是可以使用的,因为Java不可能在衍生之后反而缩小方法的访问范围。换言之,一旦对象变得可以克隆,从它衍生的任何东西都是能够克隆的,除非使用特殊的机制(后面讨论)令其“关闭”克隆能力。

2. 实现Cloneable接口

为使一个对象的克隆能力功成圆满,还需要做另一件事情:实现Cloneable接口。这个接口使人稍觉奇怪,因为它是空的!

interface Cloneable {}
之所以要实现这个空接口,显然不是因为我们准备上溯造型成一个Cloneable,以及调用它的某个方法。有些人认为在这里使用接口属于一种“欺骗”行为,因为它使用的特性打的是别的主意,而非原来的意思。Cloneable interface的实现扮演了一个标记的角色,封装到类的类型中。

两方面的原因促成了Cloneable interface的存在。首先,可能有一个上溯造型句柄指向一个基础类型,而且不知道它是否真的能克隆那个对象。在这种情况下,可用instanceof关键字(第11章有介绍)调查句柄是否确实同一个能克隆的对象连接:

if(myHandle instanceof Cloneable) // ...
第二个原因是考虑到我们可能不愿所有对象类型都能克隆。所以Object.clone()会验证一个类是否真的是实现了Cloneable接口。若答案是否定的,则“掷”出一个CloneNotSupportedException违例。所以在一般情况下,我们必须将“implement

Cloneable”作为对克隆能力提供支持的一部分。

12.2.4 成功的克隆

理解了实现clone()方法背后的所有细节后,便可创建出能方便复制的类,以便提供了一个本地副本:

//: LocalCopy.java
// Creating local copies with clone()
import java.util.*;

class MyObject implements Cloneable {
  int i;
  MyObject(int ii) { i = ii; }
  public Object clone() {
    Object o = null;
    try {
      o = super.clone();
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
      System.out.println("MyObject can't clone");
    }
    return o;
  }
  public String toString() {
    return Integer.toString(i);
  }
}

public class LocalCopy {
  static MyObject g(MyObject v) {
    // Passing a handle, modifies outside object:
    v.i++;
    return v;
  }
  static MyObject f(MyObject v) {
    v = (MyObject)v.clone(); // Local copy
    v.i++;
    return v;
  }
  public static void main(String[] args) {
    MyObject a = new MyObject(11);
    MyObject b = g(a);
    // Testing handle equivalence,
    // not object equivalence:
    if(a == b) 
      System.out.println("a == b");
    else 
      System.out.println("a != b");
    System.out.println("a = " + a);
    System.out.println("b = " + b);
    MyObject c = new MyObject(47);
    MyObject d = f(c);
    if(c == d) 
      System.out.println("c == d");
    else 
      System.out.println("c != d");
    System.out.println("c = " + c);
    System.out.println("d = " + d);
  }
} ///:~

不管怎样,clone()必须能够访问,所以必须将其设为public(公共的)。其次,作为clone()的初期行动,应调用clone()的基础类版本。这里调用的clone()是Object内部预先定义好的。之所以能调用它,是由于它具有protected(受到保护的)属性,所以能在衍生的类里访问。

Object.clone()会检查原先的对象有多大,再为新对象腾出足够多的内存,将所有二进制位从原来的对象复制到新对象。这叫作“按位复制”,而且按一般的想法,这个工作应该是由clone()方法来做的。但在Object.clone()正式开始操作前,首先会检查一个类是否Cloneable,即是否具有克隆能力——换言之,它是否实现了Cloneable接口。若未实现,Object.clone()就掷出一个CloneNotSupportedException违例,指出我们不能克隆它。因此,我们最好用一个try-catch块将对super.clone()的调用代码包围(或封装)起来,试图捕获一个应当永不出现的违例(因为这里确实已实现了Cloneable接口)。

在LocalCopy中,两个方法g()和f()揭示出两种参数传递方法间的差异。其中,g()演示的是按引用传递,它会修改外部对象,并返回对那个外部对象的一个引用。而f()是对自变量进行克隆,所以将其分离出来,并让原来的对象保持独立。随后,它继续做它希望的事情。甚至能返回指向这个新对象的一个句柄,而且不会对原来的对象产生任何副作用。注意下面这个多少有些古怪的语句:

v = (MyObject)v.clone();

它的作用正是创建一个本地副本。为避免被这样的一个语句搞混淆,记住这种相当奇怪的编码形式在Java中是完全允许的,因为有一个名字的所有东西实际都是一个句柄。所以句柄v用于克隆一个它所指向的副本,而且最终返回指向基础类型Object的一个句柄(因为它在Object.clone()中是那样被定义的),随后必须将其造型为正确的类型。

在main()中,两种不同参数传递方式的区别在于它们分别测试了一个不同的方法。输出结果如下:

a == b
a = 12
b = 12
c != d
c = 47
d = 48

大家要记住这样一个事实:Java对“是否等价”的测试并不对所比较对象的内部进行检查,从而核实它们的值是否相同。==和!=运算符只是简单地对比句柄的内容。若句柄内的地址相同,就认为句柄指向同样的对象,所以认为它们是“等价”的。所以运算符真正检测的是“由于别名问题,句柄是否指向同一个对象?”