C# 中的浅拷贝和深拷贝

在本文中，将通过示例讨论C＃中的浅拷贝和深拷贝。这是上一篇文章的续篇。因此，在继续本文之前，请阅读以前的文章，其中之前使用示例讨论了C＃中的原型设计模式。

什么是深拷贝和浅拷贝？

浅复制和深复制在复制原型设计模式中的对象中起着重要作用。因此，在本文中，将通过示例讨论什么是“浅复制”和“深复制”以及它们之间的区别。

所谓的对象拷贝(复制)就是为对象创建副本，得到相同的对象。先直接给出深拷贝和浅拷贝的区别如下：

1)深拷贝：完全将对象中的所有字段(引用类型和值类型等)都复制到副本对象中，这些字段都会被重新创建并且复制，副本对象内的值并不会因为源对象数据的值的修改而跟着发生改变。（也就是说深拷贝出来的副本对象中，对象里的数据如果是值类型，栈内容是其值本身；对于引用类型，其值是托管堆中保存的具体的值，而不是托管堆的内存地址。因此对拷贝出来的副本对象的修改不会反映到被拷贝的源对象上。深拷贝本质上就是软件设计模式里的原型模式。与C#对应的接口是ICloneable。）

2)浅拷贝：简单的复制栈的内容，对于值类型，栈内容是其值本身，对于引用类型，其值为托管堆的内存地址,对拷贝的对象的修改会反映到被拷贝的对象。（同样都是将对象中的所有字段都复制到副本对象中，副本对象里的数据如果是值类型，栈内容是其值本身，在源数据内修改值类型，副本的值类型不会发生改变，因为值类型本身在栈内有不同的地址。但是如果副本对象的数据是引用类型，由于浅拷贝只是拷贝引用类型值的引用，也就是堆的地址，所以副本对象的引用类型数据发生改变时，源对象中的引用类型数据也会跟着改变。）

需要注意的是，无论是哪种拷贝，微软都建议使用类型继承ICloneable接口的方式明确告诉调用者，该对象是否可用被拷贝。当然了，ICloneable接口只提供了一个声明为Clone的方法，我们可以根据需求在Clone的方法内实现浅拷贝或者是深拷贝；

另外，由于String类型理论上是引用类型，但是由于该引用类型的特殊性，Object.MemberwiseClone方法仍旧为他创建了副本，也就是说，在浅拷贝过程中，我们应该将字符串看成值类型。

【示例】浅拷贝：

如果是“浅拷贝”，它将从现有对象创建新对象，然后将当前对象的值类型字段拷贝到新对象。但是在引用类型的情况下，它将仅拷贝引用类型的引用（也就是引用类型数据的地址），而不拷贝引用类型本身的值。因此，在引用类型的情况下，原始引用和克隆引用是相同的对象。为了更好地理解这一点，请看下图。

如上图所示，首先我们创建一个对象emp1，然后使用一些值初始化该对象。然后，我们使用GetClone方法创建第二个对象emp2。如存储器中表示所示，值类型字段（Name和Department）被复制并存储在不同的存储器位置，而引用类型字段（即EmpAddress）仍指向相同的旧存储器位置。这意味着现在，对象emp1和emp2现在都引用相同的Address对象的地址。因此，如果我们对emp1和emp2地址进行任何更改，那么它们将相互影响。

【示例】深拷贝：

对于深度拷贝，它将从现有对象创建新对象，然后将当前对象的字段复制到新创建的对象。如果该字段是值类型，则将执行该字段的逐位复制。如果该字段是引用类型，则将创建引用对象的新副本。

如上图所示，“名称”和“部门”属性是值类型，因此它将创建该副本的副本并将其存储在其他位置。EmpAddress是引用类型属性，并且在深拷贝中，存在引用类型字段的克隆，该字段也将存储在其他位置。因此，你需要牢记的一点是，对于深拷贝，字段类型是值类型还是引用类型都无关紧要。它始终会复制整个数据，并将其存储在其他存储位置。 

微软提供浅拷贝的MemberwiseClone方法

受保护的方法，只能本类或子类调用。

protected object MemberwiseClone ();

1）目的：用于创建当前Object的浅表副本。

2）示例：下面代码说明了MemberwiseClone方法的使用。分别定义了一个浅拷贝方法ShallowCopy()和一个深拷贝的方法DeepCopy()。

using System;

//IdInfo类
public class IdInfo
{
    public int IdNumber;

    public IdInfo(int IdNumber)
    {
        this.IdNumber = IdNumber;
    }
}

//Person类
public class Person
{
    public int Age;
    public string Name;

    //引用类型
    public IdInfo IdInfo;
    
    //浅拷贝方法
    public Person ShallowCopy()
    {
       return (Person) this.MemberwiseClone();
    }

    //深拷贝方法
    public Person DeepCopy()
    {
       Person other = (Person) this.MemberwiseClone();
       other.IdInfo = new IdInfo(IdInfo.IdNumber);
       other.Name = String.Copy(Name);
       return other;
    }
}

public class Example
{
    
    //代码执行
    public static void Main()
    {
        // 创建Person实例并为其字段赋值
        Person p1 = new Person();
        p1.Age = 42;
        p1.Name = "Sam";
        p1.IdInfo = new IdInfo(6565);

        // 执行p1的浅拷贝并将其分配给p2
        Person p2 = p1.ShallowCopy();

        // 输出p1和p2的值
        Console.WriteLine("Original values of p1 and p2:");
        Console.WriteLine("   p1 instance values: ");
        DisplayValues(p1);
        Console.WriteLine("   p2 instance values:");
        DisplayValues(p2);

        // 更改p1属性的值并输出p1和p2的值
        p1.Age = 32;
        p1.Name = "Frank";
        p1.IdInfo.IdNumber = 7878;
        Console.WriteLine("\nValues of p1 and p2 after changes to p1:");
        Console.WriteLine("   p1 instance values: ");
        DisplayValues(p1);
        Console.WriteLine("   p2 instance values:");
        DisplayValues(p2);

        // 制作一个p1的深拷贝并将其分配给p3
        Person p3 = p1.DeepCopy();
        // 将p1的成员更改为新值以显示深度副本
        p1.Name = "George";
        p1.Age = 39;
        p1.IdInfo.IdNumber = 8641;
        Console.WriteLine("\nValues of p1 and p3 after changes to p1:");
        Console.WriteLine("   p1 instance values: ");
        DisplayValues(p1);
        Console.WriteLine("   p3 instance values:");
        DisplayValues(p3);
    }

    public static void DisplayValues(Person p)
    {
        Console.WriteLine("      Name: {0:s}, Age: {1:d}", p.Name, p.Age);
        Console.WriteLine("      Value: {0:d}", p.IdInfo.IdNumber);
    }
}
//       以上代码示例输出结果如下所示:
//       Original values of p1 and p2:
//          p1 instance values:
//             Name: Sam, Age: 42
//             Value: 6565
//          p2 instance values:
//             Name: Sam, Age: 42
//             Value: 6565
//
//       Values of p1 and p2 after changes to p1:
//          p1 instance values:
//             Name: Frank, Age: 32
//             Value: 7878
//          p2 instance values:
//             Name: Sam, Age: 42
//             Value: 7878
//
//       Values of p1 and p3 after changes to p1:
//          p1 instance values:
//             Name: George, Age: 39
//             Value: 8641
//          p3 instance values:
//             Name: Frank, Age: 32
//             Value: 7878

3）备注：如果MemberwiseClone方法执行的浅拷贝操作不能满足你的需求，则有很多方法可以实现深层赋值操作。其中包括：

A、调用要拷贝的对象的类构造函数，以使用从第一个对象获取的属性值来创建第二个对象。假定对象的值完全由其类构造函数定义。

B、调用MemberwiseClone方法以创建对象的浅拷贝副本，然后对浅拷贝副本为引用类型的任何属性或字段赋值，上面的DeepCopy()方法说明了这种方式。

C、序列化需要深拷贝的原始对象，然后将序列化的数据还原到其他对象变量。

D、结合使用反射和递归来执行深拷贝操作。