Swift与OC中拷贝与可变性

首先来看一下Objective-C中的拷贝与可变性。为了解释方便，定义两个类：

Person

和

MyObject

，它们都继承自

NSObject

。他们的关系如下:

// Person.h
@property (strong, nonatomic, nullable) MyObject *object;

// MyObjec.h
@property (copy, nonatomic) NSString *name;

普通对象拷贝

对于一个OC中的对象来说，可能涉及拷贝的有三种操作：

retain

操作：

objc
Person *p = [[Person alloc] init]; Person *p1 = p;

这里的

p1

默认是

__strong

，所以它会对

p

进行

retain

操作。

retain

与复制无关，只会对引用计数加1。

p1

和

p

的地址是完全一样的：

objc
2015-12-23 21:24:31.893 Copy[1300:120857] p = 0x1006012c0 2015-12-23 21:24:31.894 Copy[1300:120857] p1 = 0x1006012c0

这种写法最简单，而且严格来说不是复制，但值得一提，因为在接下来的OC和Swift中，都会涉及到这样的代码。

copy

方法：

调用

copy

方法需要实现

NSCopying

协议，并提供

copyWithZone

方法：

```objc

(id)copyWithZone:(NSZone *)zone { Person *copyInstance = [[self class] allocWithZone:zone]; copyInstance.object = self.object; return copyInstance; } ```

第二行代码就是刚刚所说的

retain

操作。因此，我们虽然复制了

Person

对象的指针，但是其内部的属性，依然和原来对象的相同。

自定义拷贝方法：

我们当然可以自己定义一个拷贝方法，在复制

Person

对象的同时，把其中的

object

属性也复制，而不是仅仅

retain

。

第二三种复制方法的区别如图所示：

浅拷贝与深拷贝

标为红色的是两种拷贝方式的不同之处。对于左边这种，只拷贝指针本身的拷贝方法，我们称为浅拷贝。对于右边那种，不仅拷贝指针自身，还拷贝指针中所有元素的拷贝方法，我们称为深拷贝。

没有明确的限制

copy

和自定义的拷贝方法要如何实现。也就是说

copy

方法可以用来进行深拷贝，我们也可以自定义浅拷贝的方法。这完全取决于我们自己如何实现

copy

方法和自定义的拷贝方法。在OC中，对于自定义的类来说，浅拷贝与深拷贝只是一种概念，并没有明确的标注哪种方法就是浅拷贝。

注意

“深拷贝将被拷贝的对象完全复制”这种说法不完全正确，比如上图中我们看到

data

的地址永远不会拷贝。这是因为，深拷贝只负责了对象的拷贝，以及对象中所有属性的拷贝。正是因为拷贝了属性，将

p

深拷贝后得到的

p'

的

object

指针地址和

p

的

object

指针地址不同。

但是至于

data

会不会被拷贝，这取决于

MyObject

类如何设计，如果

MyObject

的

copy

方法只是浅拷贝，就会形成如上图所示的情况。如果

MyObject

的

copy

方法也是深拷贝，那么

data

的地址也会不同。

容器对象拷贝

在OC中，所有

Foundation

中的容器类，分为可变容器和不可变容器，它们的拷贝都是浅拷贝。这也就是为什么建议自定义的对象实现浅拷贝，如果有需要才自定义深拷贝方法。因为这样一来，所有的方法调用就都可以统一，不至于造成误解。

如果我们把数组想象成一个三层的数据结构，第一层是数组自己的指针，第二层是存放在数组中的指针，第三层(如果第二层是指针)则是这些指针指向的对象。那么在复制数组时，复制的是前两层，第三层的对象不会被复制。如果把前两层看做指针，第三层看做对象，那么数组的拷贝，无论是

copy

还是

mutableCopy

都是浅拷贝。当然，也有人把这个称为“单层深拷贝”，这些概念性的定义都不重要，重要的是知道数组拷贝时的原理。

这一点很好理解。首先，指针所指向的对象，也许很大，深拷贝可能占用过多的内存和时间。其次，容器不知道自己存储的对象是否实现了

NSCopying

协议。如果容器的拷贝默认是深拷贝，同时你在数组中存放了

Person

类的对象，而

Person

类根本没有实现

NSCopying

协议，后果是复制容器会导致程序崩溃。这是任何语言开发者都不希望看到的，所以设身处地想一下，如果是你来设计OC，也不会让数组深拷贝吧。

观察下面这段代码，思考一下为什么

a1[0]
= @0

没有影响

a2

：

NSMutableArray *a1 = [[NSMutableArray alloc] initWithObjects:@1, @2, nil];
NSMutableArray *a2 = [a1 mutableCopy];
a1[0] = @0;
NSLog(@"a2 = %@", a2);

/*
2015-12-23 23:11:53.711 Copy[1795:220469] a2 = (
0,
2
)
*/

可变性

容器对象分为可变容器与不可变容器，

NSData

、

NSArray

、

NSString

等都是不可变容器，以

NSMutable

开头的则是它们的可变版本。下面统一用

NSArray

和

NSMutableArray

举例说明。

因为

NSMutableArray

是

NSArray

的子类，所以

NSArray

对象不能强制转换成

NSMutableArray

，否则在调用

addObject

方法时会崩溃。反之，

NSMutableArray

可以转换成它的父类

NSArray

，这么做会导致它失去可变性。

容器拷贝的难点在于可变性的变化。容器有两种方法：

copy

和

mutableCopy

，再次强调这两者都是浅拷贝。它们的区别在于，返回值是否是可变的。前者返回不可变容器，后者返回可变容器。

这也就是说，返回值的可变性与被拷贝对象的可变性无关，仅取决于调用了何种拷贝方法。比如：

NSMutableArray *mutableArray = [[NSMutableArray alloc] initWithObjects:@1, @2, nil];
NSMutableArray *array = [mutableArray copy];
[array addObject:@3];

尽管我们调用了

mutableArray

的拷贝方法，返回值也声明为

NSMutableArray

，但是调用

addObject

方法时依然会导致运行时错误。这是由错误的调用了

copy

方法导致的。

调用一个对象的浅拷贝方法会得到一个新的对象(地址不同)，但是容器类中有一个特例：

NSArray *array1 = @[@1, @2];
NSArray *array2 = [array1 copy];
// array1和array2指向的数组对象地址相同

这是因为既然

array1

和

array2

都不能再修改，那么两者共用同一块内存也是无所谓的，所以OC做了这样的优化。

字符串拷贝

字符串也可以被当做容器来理解。它有

NSString

和

NSMutableString

两个版本。

于是为什么字符串属性要定义成

@property(copy,
nonatomic)

就很好理解了。它主要用于处理这种情况：

NSMutableString *string = @"hello";
self.propertyString = string;
[string appendString:@" world"];

如果属性定义成

strong

，那么在第二步执行了

retain

操作，第三步对

string

的修改就会影响到原来的属性。现在我们把属性定义为

copy

，那么第二步操作其实是得到了一个新的，不可变字符串。这符合我们的预期目的。

Swift拷贝

结构体拷贝

数组、字典等容器在Swift中被定义成了结构体，它们的拷贝规则和OC完全不同：

var array1 = [1,2,3]
var array2 = array1

array1[0] = 0
print(array2) // 输出结果：[1, 2, 3]

可以看到，即使是最简单的等号赋值，也会浅拷贝原来的值。这是由Swift中结构体的值语义决定的。之所以说是浅拷贝而不是深拷贝，理由参见前文解释OC中容器的浅拷贝，尤其是第二点理由，不管是对于OC还是Swift来说都是通用的。

对象拷贝

和OC中指针赋值类似，对象的直接赋值操作与拷贝无关：

class Person {
var name: String;
init(name:String) {
self.name = name
}
}

let person1 = Person(name: "zxy")
let person2 = person1
person1.name = "new name"

print(person2.name) //结果是“new name”

如果要拷贝对象，有两种方法。首先，最自然想到的是实现

NSCopying

协议，注意只有

NSObject

类的对象才能实现这个协议：

class Person : NSObject, NSCopying {
var name: String;
init(name:String) {
self.name = name
}

func copyWithZone(zone: NSZone) -> AnyObject {
return Person(name: self.name)
}
}

但这样做最大的问题在于，你必须继承自

NSObject

，这就又回到了OC的那一套。如果我们希望定义纯粹的Swift类，完全可以自己定义并实现拷贝方法。

“面向接口编程”的原则告诉我们，我们应该让

Person

实现某个接口，而不是继承自某个子类：

protocol Copyable {
func copy() -> Copyable
}

class Person : Copyable {
var name: String;
init(name:String) {
self.name = name
}

func copy() -> Copyable {
return Person(name: self.name)
}
}

let person1 = Person(name: "zxy")
let person2 = person1.copy() as! Person

这样就完美的实现Swift-Style拷贝了。

总结

在OC中，浅拷贝通常由

NSCopying

协议的

copyWithZone

方法实现，深拷贝需要自定义方法。直接赋值意味着

retain

而不是拷贝。

在Swift中，值类型直接用等号赋值意味着浅拷贝，引用类型的拷贝可以通过实现自定义的

Copyable

协议或OC的

NSCopying

协议完成。

在OC中，我们需要容器的可变性，而Swift在这一点做的要比OC好得多。它的可变性非常简单，完全通过

let

和

var

控制，这也是Swift相比于OC的一个优点吧，毕竟高级的语言应该尽可能封装底层实现。