译文---C#堆VS栈(Part Three)

前言

         在本系列的第一篇文章《C#堆栈对比（Part Two）》中，介绍了值类型和引用类型在参数传递时的不同，本文将讨论如何应用ICloneable接口实现去修复引在堆上的用变量所带来的问题。

         本文是系列文章的第三部分。

 

         注：限于本人英文理解能力，以及技术经验，文中如有错误之处，还请各位不吝指出。

目录

C#堆栈对比（Part One）

C#堆栈对比（Part Two）

C#堆栈对比（Part Three）

C#堆栈对比（Part Four）

拷贝不是复制那么简单

　　为了更清楚的表达这个问题，我们来考察一下堆上的值类型与堆上的引用类型。首先，我们来看看值类型。跟随如下的类和结构体，我们有一个包含Name和两个Shoe字段的Dude类。我们有一个CopyDude方法方便我们产生一个新的Dude（花花公子）。

public struct Shoe
{
          public string Color;
}
 
public class Dude
{
                public string Name;
                public Shoe RightShoe;
                public Shoe LeftShoe;
 
                public Dude CopyDude()
                {
                    Dude newPerson = new Dude();
                     newPerson.Name = Name;
                     newPerson.LeftShoe = LeftShoe;
                     newPerson.RightShoe = RightShoe;
 
                     return newPerson;
                }
 
                public override string ToString()
                {
                     return (Name + " : Dude!, I have a " + RightShoe.Color  +
                         " shoe on my right foot, and a " +
                          LeftShoe.Color + " on my left foot.");
                }
}

　　我们的Dude类是一个引用类型（原本中此处为变量类型，作者已更正）并且Shoe结构体是类的一个成员，他们都在堆上。

　　注：这里体现了值类型是在栈上还是在堆上，完全取决于其声明时的地点。

 

　　当我们运行如下的方法时：

public static void Main()
{
               Class1 pgm = new Class1();
 
                  Dude Bill = new Dude();
                  Bill.Name = "Bill";
                  Bill.LeftShoe = new Shoe();
                  Bill.RightShoe = new Shoe();
                  Bill.LeftShoe.Color = Bill.RightShoe.Color = "Blue";
 
                  Dude Ted =  Bill.CopyDude();
                  Ted.Name = "Ted";
                  Ted.LeftShoe.Color = Ted.RightShoe.Color = "Red";
 
                  Console.WriteLine(Bill.ToString());
                  Console.WriteLine(Ted.ToString());            
}

　　我们得到的结果如下：

　　Bill : Dude!, I have a Blue shoe on my right foot, and a Blue on my left foot.
　　Ted : Dude!, I have a Red shoe on my right foot, and a Red on my left foot.

　　如果我们将Shoe改为引用类型呢？那将就是个问题，更改如下：

public class Shoe
{
         public string Color;
}

　　更改之后再次运行代码，得到的结果如下：

　　Bill : Dude!, I have a Red shoe on my right foot, and a Red on my left foot

      Ted : Dude!, I have a Red shoe on my right foot, and a Red on my left foot

　　红色的鞋子在另一个人身上，这明显是错的，你能看出这是怎么发生的吗？下图就是内存引用示例：

　　因为现在我们用Shoe的引用类型代替值类型，并且拷贝引用类型内容时仅仅是拷贝了指针（不是指针真正指向的对象），我们必须做一些额外工作使我们的引用类型的Shoe更符合值类型的行为。

　　注：上面这个例子中当Shoe为值类型时，已经伴随Dude的构造方法生成了一个完全独立的结构体Shoe对象，所以Bill为蓝色的鞋，Ted为红色的鞋；当Shoe为引用类型时，Shoe仅仅初始化了一次，所以Ted在使用Shoe时，其实更改的还是唯一初始化一次时的Shoe的内容，所以导致了最后大家都为红鞋。下文会应用深拷贝解决引用类型复制指针的问题。

　　幸运的是，我们有一个ICloneable接口来帮我们解决问题。这个接口是一个基本的契约，所有Dudes遵守这个契约并且规定如何按顺序的复制避免Shoe Sharing问题。我们所有将被复制的类应该使用ICloneable接口，包括Shoe类。

　　ICloneable包括一个方法：Clone()

下面我们将实现这个接口：
public class Shoe : ICloneable
{
          public string Color;
          #region ICloneable Members
          public object Clone()
          {
                      Shoe newShoe = new Shoe();
                      newShoe.Color = Color.Clone() as string;
                      return newShoe;
           }
           #endregion
}

　　在Clone内部，我们仅仅是New了一个新的Shoe对象，复制所有引用类型并且拷贝值类型，然后返回一个新对象。你可能注意到了String类已经实现了ICloneable接口，所以我们能调用Color.Clone方法。因为Clone返回一个对象的引用，我们必须在设置Shoe的颜色之前将类型显示转换成Shoe类型。

　　注：String类型是一种特殊的引用类型，其表现形式类似于值类型，因为字符串不可改变，如果改变则产生一个新对象，请参考这里。

　　下一步，在我们的CopyDude方法中我们需要克隆Shoes代替拷贝。

public Dude CopyDude()
{
                    Dude newPerson = new Dude();
                     newPerson.Name = Name;
                     newPerson.LeftShoe = LeftShoe.Clone() as Shoe;
                     newPerson.RightShoe = RightShoe.Clone() as Shoe;
 
                     return newPerson;
}

　　现在我们运行主方法：

public static void Main()
{
               Class1 pgm = new Class1();
 
                  Dude Bill = new Dude();
                  Bill.Name = "Bill";
                  Bill.LeftShoe = new Shoe();
                  Bill.RightShoe = new Shoe();
                  Bill.LeftShoe.Color = Bill.RightShoe.Color = "Blue";
 
                  Dude Ted =  Bill.CopyDude();
                  Ted.Name = "Ted";
                  Ted.LeftShoe.Color = Ted.RightShoe.Color = "Red";
 
                  Console.WriteLine(Bill.ToString());
                  Console.WriteLine(Ted.ToString());            
｝

　　我们得到如下结果：

　　Bill : Dude!, I have a Blue shoe on my right foot, and a Blue on my left foot

　　Ted : Dude!, I have a Red shoe on my right foot, and a Red on my left foot

　　这就是我们想要的。

将事物包裹起来

　　作为一个练习，我们希望总是克隆引用类型和复制值类型。（这将降低当你调试程序错误时所购买治疗头疼的阿司匹林的数量）

　　所以，在头疼降低的情况下，让我们走的更远一些并且让我们整理下Dude类实现ICloneable接口方法代替CopyDude方法。

public class Dude: ICloneable
{
                public string Name;
                public Shoe RightShoe;
                public Shoe LeftShoe;
 
                public override string ToString()
                {
                     return (Name + " : Dude!, I have a " + RightShoe.Color  +
                         " shoe on my right foot, and a " +
                          LeftShoe.Color + " on my left foot.");
                    }
                  #region ICloneable Members
 
                  public object Clone()
                  {
                       Dude newPerson = new Dude();
                       newPerson.Name = Name.Clone() as string;
                       newPerson.LeftShoe = LeftShoe.Clone() as Shoe;
                       newPerson.RightShoe = RightShoe.Clone() as Shoe;
 
                       return newPerson;
                  }
 
                  #endregion
 }

　　我们所要做的仅仅是通过使用Dude.Clone改变Main方法中的内容。

public static void Main()
{
               Class1 pgm = new Class1();
 
                  Dude Bill = new Dude();
                  Bill.Name = "Bill";
                  Bill.LeftShoe = new Shoe();
                  Bill.RightShoe = new Shoe();
                  Bill.LeftShoe.Color = Bill.RightShoe.Color = "Blue";
 
                  Dude Ted =  Bill.Clone() as Dude;
                  Ted.Name = "Ted";
                  Ted.LeftShoe.Color = Ted.RightShoe.Color = "Red";
 
                  Console.WriteLine(Bill.ToString());
                  Console.WriteLine(Ted.ToString());            
}

　　最终的结果是：

　　Bill : Dude!, I have a Blue shoe on my right foot, and a Blue on my left foot.

      Ted : Dude!, I have a Red shoe on my right foot, and a Red on my left foot.

　　所以一切都很正常。

　　有一个很有意思的地方需要注意，System.String的操作符“=”真是的克隆了字符串，所以你不必担心重复的引用。然而你必须注意内存膨胀。如果你回头看看图示，字符串是引用类型，它真的本应该是一个指向堆的指针，但是简单起见，它的作用类似于值类型。

总结

　　作为一个练习，如果我们打算每次都拷贝对象，我们应该实现ICloneable接口。这将确保我们的引用类型有点像模仿值类型的行为。正如你所见到的那样，记录我们正在处理的变量是重要的，因为引用类型和值类型在创建内存上的区别。

　　在这下一篇文章中，我们将审视一种降低内存印记的方式。

　　1.  引用类型的拷贝一定要注意是深拷贝，还是简单的指针复制的浅拷贝。

　　2.  System.String类型是特殊的引用类型，实际作用效果类似于值类型。

　　3.  引用类型应该实现ICloneable接口，实现深拷贝，即对象拷贝而非指针拷贝。