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iOS深拷贝与浅拷贝精讲

关于深拷贝与浅拷贝,一直以来都是面试官喜欢吃的菜,而经验不足的求职者经常会进入误区,不理解深拷贝与浅拷贝的实际性区别。

对于面试求职,是经常会问题这方面的问题的。当面试官问内存管理方面的问题的时候,很容易就会引出深拷贝与浅拷贝之间的区别,以及要求举些例子出来说说其区别在哪里!

本篇文章不是讲面试,而是针对性的讲一讲iOS中的深拷贝与浅拷贝,当然理解之后自然能就对面试的问题!

概念

对象拷贝有两种方式:浅复制和深复制。

顾名思义,浅复制并不拷贝对象本身而仅仅是拷贝指向对象的指针;深复制是直接拷贝整个对象内存到另一块内存中,从上图看看能不能一图以蔽之。再简单些说:浅复制就是指针拷贝;深复制就是内容拷贝。

集合的浅复制

集合的浅复制有非常多种方法。当你进行浅复制时,会向原始的集合发送retain消息,引用计数加1,同时指针被拷贝到新的集合。

现在让我们看一些浅复制的例子:

NSArray*shallowCopyArray=[someArraycopyWithZone:nil];
NSSet*shallowCopySet=[NSSetmutableCopyWithZone:nil];
NSDictionary*shallowCopyDict=[[NSDictionaryalloc]initWithDictionary:someDictionarycopyItems:NO];

集合的深复制

集合的深复制有两种方法。可以用 initWithArray:copyItems: 将第二个参数设置为YES即可深复制,如:

NSDictionaryshallowCopyDict=[[NSDictionaryalloc]initWithDictionary:someDictionarycopyItems:YES];

如果你用这种方法深复制,集合里的每个对象都会收到 copyWithZone: 消息。如果集合里的对象遵循 NSCopying 协议,那么对象就会被深复制到新的集合。如果对象没有遵循 NSCopying 协议,而尝试用这种方法进行深复制,会在运行时出错。copyWithZone: 这种拷贝方式只能够提供一层内存拷贝(one-level-deep copy),而非真正的深复制。

第二个方法是将集合进行归档(archive),然后解档(unarchive),如:

NSArray*trueDeepCopyArray=[NSKeyedUnarchiverunarchiveObjectWithData:[NSKeyedArchiverarchivedDataWithRootObject:oldArray]];

集合的单层深复制

看到这里,有同学会问:如果在多层数组中,对第一层进行内容拷贝,其它层进行指针拷贝,这种情况是属于深复制,还是浅复制?对此,苹果官网文档有这样一句话描述:

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…

从文中可以看出,苹果认为这种复制不是真正的深复制,而是将其称为单层深复制(one-level-deep copy)。因此,网上有人对浅复制、深复制、单层深复制做了概念区分。

浅复制(shallow copy):在浅复制操作时,对于被复制对象的每一层都是指针复制。

深复制(one-level-deep copy):在深复制操作时,对于被复制对象,至少有一层是深复制。

完全复制(real-deep copy):在完全复制操作时,对于被复制对象的每一层都是对象复制。

当然,这些都是概念性的东西,没有必要纠结于此。只要知道进行拷贝操作时,被拷贝的是指针还是内容即可。

系统对象的copy与mutableCopy方法

不管是集合类对象,还是非集合类对象,接收到copy和mutableCopy消息时,都遵循以下准则:

copy返回imutable对象;所以,如果对copy返回值使用mutable对象接口就会crash;mutableCopy返回mutable对象;

下面将针对非集合类对象和集合类对象的copy和mutableCopy方法进行具体的阐述

1、非集合类对象的copy与mutableCopy

系统非集合类对象指的是 NSString, NSNumber … 之类的对象。下面先看个非集合类immutable对象拷贝的例子:

NSString*string=@"origin";
NSString*stringCopy=[stringcopy];
NSMutableString*stringMCopy=[stringmutableCopy];

通过查看内存,可以看到 stringCopy 和 string 的地址是一样,进行了指针拷贝;而 stringMCopy 的地址和 string 不一样,进行了内容拷贝;

再看mutable对象拷贝例子

NSMutableString*string=[NSMutableStringstringWithString:@"origin"];
//copy
NSString*stringCopy=[stringcopy];
NSMutableString*mStringCopy=[stringcopy];
NSMutableString*stringMCopy=[stringmutableCopy];
//changevalue
[mStringCopyappendString:@"mm"];//crash
[stringappendString:@"origion!"];
[stringMCopyappendString:@"!!"];

运行以上代码,会在第7行crash,原因就是 copy 返回的对象是 immutable 对象。注释第7行后再运行,查看内存,发现 string、stringCopy、mStringCopy、stringMCopy 四个对象的内存地址都不一样,说明此时都是做内容拷贝。

综上两个例子,我们可以得出结论:

在非集合类对象中:对immutable对象进行copy操作,是指针复制,mutableCopy操作时内容复制;对mutable对象进行copy和mutableCopy都是内容复制。用代码简单表示如下:

[immutableObjectcopy]//浅复制
[immutableObjectmutableCopy]//深复制
[mutableObjectcopy]//深复制
[mutableObjectmutableCopy]//深复制

2、集合类对象的copy与mutableCopy

集合类对象是指NSArray、NSDictionary、NSSet … 之类的对象。下面先看集合类immutable对象使用copy和mutableCopy的一个例子:

NSArray*array=@[@[@"a",@"b"],@[@"c",@"d"];
NSArray*copyArray=[arraycopy];
NSMutableArray*mCopyArray=[arraymutableCopy];

查看内容,可以看到copyArray和array的地址是一样的,而mCopyArray和array的地址是不同的。说明copy操作进行了指针拷贝,mutableCopy进行了内容拷贝。但需要强调的是:此处的内容拷贝,仅仅是拷贝array这个对象,array集合内部的元素仍然是指针拷贝。这和上面的非集合immutable对象的拷贝还是挺相似的,那么mutable对象的拷贝会不会类似呢?我们继续往下,看mutable对象拷贝的例子:

NSMutableArray*array=[NSMutableArrayarrayWithObjects:[NSMutableStringstringWithString:@"a"],@"b",@"c",nil];
NSArray*copyArray=[arraycopy];
NSMutableArray*mCopyArray=[arraymutableCopy];

查看内存,如我们所料,copyArray、mCopyArray和array的内存地址都不一样,说明copyArray、mCopyArray都对array进行了内容拷贝。同样,我们可以得出结论:

在集合类对象中,对immutable对象进行copy,是指针复制,mutableCopy是内容复制;对mutable对象进行copy和mutableCopy都是内容复制。但是:集合对象的内容复制仅限于对象本身,对象元素仍然是指针复制。用代码简单表示如下:

[immutableObjectcopy]//浅复制
[immutableObjectmutableCopy]//单层深复制
[mutableObjectcopy]//单层深复制
[mutableObjectmutableCopy]//单层深复制

这个代码结论和非集合类的非常相似。这时候,是不是有人要问了,如果要对集合对象复制元素怎么办?有这疑问的同学不妨回头看看集合的深复制。好了,深复制与浅复制就讲到这里。

最后说个题外的东西,在搜集资料的过程中,发现一个有可能犯错的点

NSString*str=@"string";
str=@"newString";

上面这段代码,在执行第二行代码后,内存地址发生了变化。乍一看,有点意外。按照 C 语言的经验,初始化一个字符串之后,字符串的首地址就被确定下来,不管之后如何修改字符串内容,这个地址都不会改变。但此处第二行并不是对 str 指向的内存地址重新赋值,因为赋值操作符左边的 str 是一个指针,也就是说此处修改的是内存地址。

所以第二行应该这样理解:将@newStirng当做一个新的对象,将这段对象的内存地址赋值给str。

我有如下的两个方法查看内存地址:

pstr会打印对象本身的内存地址和对象内容
(lldb)pstr
(NSString*)$0=0x000000010c913680@"a"

po&str则打印的是引用对象的指针所在的地址
(lldb)po&str
0x00007fff532fb6c0

参考文档

  1. Apple Collections Programming Topics: Copying Collections

  2. iPhone Dev:iOS开发之深拷贝与浅拷贝(mutableCopy与Copy)详解

  3. Blog:copy 与 mutableCopy

  4. iOS开发之Copy/MutableCopy

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