集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

时间：2021-11-10 19:50:28

引言

根据拷贝内容的不同，分为深浅拷贝

  • 深拷贝：指针赋值，且内容拷贝
  • 浅拷贝：只是简单的指针赋值

苹果为什么这么设计呢？总结起来很简单：即安全又省内存。但是要理解或者避免踩一些坑，还需要看下面的介绍

内存

不得不先说到内存，又不得不说内存分区：程序底层——程序如何在RAM ROM运行，内存分配与分区

看下面图片：

集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

obj1是定义在函数外部的全局变量，处于全局区；obj2是定义在函数内的局部变量，处于栈区。它们都指向了处于堆区的对象。

obj1与obj2是指针，它们指向的对象是内容，那么现在再看深浅拷贝的现象，或者说执行的结果：浅拷贝只是多个指针指向同一对象内容，深拷贝就是每个指针都指向了一个对象内容，互不影响。

自定义对象需要自己实现NSCoping协议，一般情况下，自定义对象都是可变对象，本节讨论的也都是针对系统对象
指针也是会存在堆区的，比如在block里面我们知道，如果指针使用了__block修饰，那么指针会存放在堆区。

返回值的一些基本规则

无论是集合对象还是非集合对象，在收到copy和mutableCopy消息时，都遵守以下规则：

  • 1 copy返回immutable对象；
  • 2 mutableCopy返回mutable对象；

那么很简单，可变与不可变对象的转变:

  • 不可变对象→可变对象的转换:不可变对象.mutableCopy。
  • 可变->不可变:可变对象.copy;

集合拷贝

系统提供的集合类型，比如字典、数组、NSSet等集合类型内存基本都是如下结构：集合内存结构图

集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

我们可以上面代码（代码处于方法内）做个分析，加深对内存的理解。@"123"、@"456"是const属性，因此处于常量区，指针str1、str2、arr局部变量指针处于栈区,@[]数组内容存放位置处于堆区，数组里面的内容存放的是指针str1与str2，当然处于堆区

其实arr = @[str1,str2]相当于[arr addObject:str1];[arr addObject:str2];，数组里面有两个强指针指向了对象@"123"与@"456"。

图中只是字符串是常量所以在常量区，如果他们是NSDate、UIView等等则会处于堆区

下面的分析也是基于三种程度的拷贝，记为CopyLevel，拷贝层次，简写CL1、CL2、CL3

  • CL1：arr数组指针，如果只发生这层拷贝，则和非集合对象一样，是浅拷贝
  • CL2：arr数组指针指向的的内容，即存储的对象指针。发生本层拷贝，从非集合角度来说已经发生了内容拷贝，即深拷贝。但从集合角度来说，还是浅拷贝。
  • CL3：arr数组里面存储的指针指向的内容，如果发生本层拷贝，可以叫做集合的单层深拷贝。

毫无疑问，CL1是肯定会进行的。重点就在于CL2于CL3.

不可变集合的copy与mutableCopy

下面代码，不可变集合arrM1的copy与mutableCopy。arrM2：mutableCopy，arr：copy

集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

  • 根据第一行打印结果：arrM2和arr都进行CL1拷贝
  • 第二行打印结果：arrM2与arrM1结果不同，说明进行了数组拷贝；arr与arrM1结果相同，说明没有，进行数组拷贝
  • 第三行打印结果：都相同，说明指向的内容没有发生拷贝

可变集合的copy与mutableCopy

下面代码，可变集合arrM1的copy与mutableCopy。arrM2：mutableCopy，arr：copy

集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

  • 根据第一行打印结果：arrM2和arr都进行CL1拷贝
  • 第二行打印结果：结果均不同，说明都进行了数组拷贝；
  • 第三行打印结果：都相同，说明指向的内容没有发生拷贝

一般结论

我们知道，对于非集合对象，有如下结论：

// 不可变，线程安全
[immutableObject copy] // 浅复制
[immutableObject mutableCopy] // 深复制，对于集合则是只拷⻉贝数组的内容，数组的内容是指针，而指针的内容不会被拷⻉

// 可变对象，线程不安全
[mutableObject copy] //深复制，对于集合则是只拷⻉贝数组的内容，数组的内容是指针，而指针的内容不会被拷⻉
[mutableObject mutableCopy] //深复制，对于集合则是只拷⻉贝数组的内容，数组的内容是指针，而指针的内容不会被拷⻉

集合的单层深拷贝，CL3层的拷贝(one-level-deep copy)

我们需要使用- (instancetype)initWithArray:(NSArray<ObjectType> *)array copyItems:(BOOL)flag;方法，且flag为YES。

集合深浅拷贝以及经常遇到的坑（面试常问）

可以看到，三行打印结果都不一样，即发生了CL3层的拷贝。

此方法执行后，arrM1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，那么对象就会被深拷贝到新的集合，如果没有遵循就直接崩溃了。

等一等，好像有另一个问题：此方法只是会给集合的每个对象发送copyWithZone:方法，那么对于不可变对象，copyWithZone:的执行还是浅拷贝。读者大概也注意到了，图中示例代码，arrM1数组存的也是可变对象dict1，所以有CL3层的拷贝。那如果arrM1存的不是可变对象呢？结果就是没有CL3层的拷贝，大家可以用代码测试下！

为啥叫单层深复制呢？ 因为它只给arrM1数组存的对象发送了copyWithZone:方法，而没有对dict1发送copyWithZone:方法，dict1也是集合，它里面也存放着对象呢。。。即集合里面存放的集合。。。好绕，哈哈

另外，除了此方法，集合的解档归档，也是可以实现单层深拷贝的。

绕的东西就到这里，下面看些感兴趣的东西：

一些坑

  • Mutable变copy的坑

有一点需要注意了：copy返回值为不可变对象，如果使用可变对象的接口就会crash。例如：

- (void)arrMCopyTest {
    NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray arrayWithObjects:@"123",@"456", nil];
    NSMutableArray *arr = [arrM copy];
    // 下面代码崩溃
    [arr addObject:@"789"];
}

[arrM copy];返回的是不可变类型，即NSArray，向一个NSArray对象发送addObject消息当然方法找不到崩溃。

另一个问题，arr是NSMutableArray类型，它指向父类NSArray编译器为什么不报错呢？copy返回的是id类型，编译器不会对id(俗称万能指针)进行类型检查，所以会经常看到推荐使用instancetype，而不是id

下面的类似错误就很常见了：

@property (nonatomic, copy) NSMutableArray *arr;

- (void)arrMCopyTest {
    NSMutableArray *arrM = [NSMutableArray arrayWithObjects:@"123",@"456", nil];
    self.arr = arrM;
    // 下面代码崩溃
    [self.arr addObject:@"789"];
}

因为self.arr为copy修饰，那么self.arr = arrM就相当于_arr = [arrM copy]

  • 属性指定为copy，却没有被copy
@property (nonatomic, copy) NSString *str;
- (void)viewDidLoad {
    NSMutableString *str = [NSMutableString stringWithFormat:@"123"];
    // self.str = str;
    _str = str;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{

        [str appendString:@"456"];
        NSLog(@"change");
    });
}

这里在block里面对str进行操作，居然没有对它进行__block修饰！！！感兴趣可以看看这篇博客：iOS中block的使用、实现底层、循环引用、存储位置

打印结果：

2017-07-23 00:33:06.344 CopyTest[95611:31912803] 123
2017-07-23 00:33:07.518 CopyTest[95611:31912803] change
2017-07-23 00:33:08.636 CopyTest[95611:31912803] 123456

都是123456，self.str被意外改变了，如果将代码_str = str;-->self.str = str;值就不会改变了。因为相当于_str = [str copy];。

所以建议除了在初始化时(init方法中)，苹果推荐我们使用_下划线的方式直接访问变量，其它地方尽量使用self.来访问。另外我们还经常getter或者setter方法里面做一些自定义操作，如果_方式则这些自定义操作就不会被执行。而且在block里面使用_方式访问变量会更隐蔽的引起循环引用的问题！

  • setter方法
@property (nonatomic, copy) NSString *str;

- (void)setStr:(NSString *)str {
    // _str = str; 不要这样写
    _str = [str copy];
}

讲了这些，大家会不会猛然想到

@property (nonatomic, weak) id delegate;
_delegate = obj;

这样会不会造成_delegate为指向的对象引用计数为0时，系统还会不会将_delegate置为nil？答案是，您多虑了，会的。这和copy不一样。为啥不一样？牵涉到runtime哈希表什么的就不在展开了。。。

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