2024-02-23【技术】浅拷贝的原理与实现（下）

深拷贝的原理和实现

浅拷贝只是创建了一个新的对象，复制了原有对象的基本类型的值，而引用数据类型只拷贝了一层属性，再深层的还是无法进行拷贝。深拷贝则不同，对于复杂引用数据类型，其在堆内存中完全开辟了一块内存地址，并将原有的对象完全复制过来存放。

这两个对象是相互独立、不受影响的，彻底实现了内存上的分离。总的来说，深拷贝的原理可以总结如下：

将一个对象从内存中完整地拷贝出来一份给目标对象，并从堆内存中开辟一个全新的空间存放新对象，且新对象的修改并不会改变原对象，二者实现真正的分离。

现在原理你知道了，那么怎么去实现深拷贝呢？我也总结了几种方法分享给你。

方法一：乞丐版（JSON.stringify）

JSON.stringify() 是目前开发过程中最简单的深拷贝方法，其实就是把一个对象序列化成为 JSON 的字符串，并将对象里面的内容转换成字符串，最后再用 JSON.parse() 的方法将JSON 字符串生成一个新的对象。示例代码如下所示。

let obj1 = { a:1, b:[1,2,3] }
let str = JSON.stringify(obj1)；
let obj2 = JSON.parse(str)；
console.log(obj2);   //{a:1,b:[1,2,3]} 
obj1.a = 2；
obj1.b.push(4);
console.log(obj1);   //{a:2,b:[1,2,3,4]}
console.log(obj2);   //{a:1,b:[1,2,3]}

从上面的代码可以看到，通过 JSON.stringify 可以初步实现一个对象的深拷贝，通过改变 obj1 的 b 属性，其实可以看出 obj2 这个对象也不受影响。

但是使用 JSON.stringify 实现深拷贝还是有一些地方值得注意，我总结下来主要有这几点：

拷贝的对象的值中如果有函数、undefined、symbol 这几种类型，经过 JSON.stringify 序列化之后的字符串中这个键值对会消失；
拷贝 Date 引用类型会变成字符串；
无法拷贝不可枚举的属性；
无法拷贝对象的原型链；
拷贝 RegExp 引用类型会变成空对象；
对象中含有 NaN、Infinity 以及 -Infinity，JSON 序列化的结果会变成 null；
无法拷贝对象的循环应用，即对象成环 (obj[key] = obj)。

针对这些存在的问题，你可以尝试着用下面的这段代码亲自执行一遍，来看看如此复杂的对象，如果用 JSON.stringify 实现深拷贝会出现什么情况。

function Obj() { 
  this.func = function () { alert(1) }; 
  this.obj = {a:1};
  this.arr = [1,2,3];
  this.und = undefined; 
  this.reg = /123/; 
  this.date = new Date(0); 
  this.NaN = NaN;
  this.infinity = Infinity;
  this.sym = Symbol(1);
} 

let obj1 = new Obj();

Object.defineProperty(obj1,'innumerable',{ 
  enumerable:false,
  value:'innumerable'
});

console.log('obj1',obj1);
let str = JSON.stringify(obj1);
let obj2 = JSON.parse(str);
console.log('obj2',obj2);

通过上面这段代码可以看到执行结果如下图所示。

运行示例

再来一个示例

const newState = Object.assign({}, state)和JSON.parse(JSON.stringify(obj))都是可以用来深拷贝但是也会出现下面的问题

如果obj里面存在时间对象,JSON.parse(JSON.stringify(obj))之后，时间对象变成了字符串。
如果obj里有RegExp、Error对象，则序列化的结果将只得到空对象。
如果obj里有函数，undefined，则序列化的结果会把函数， undefined丢失。
如果obj里有NaN、Infinity和-Infinity，则序列化的结果会变成null。
JSON.stringify()只能序列化对象的可枚举的自有属性。如果obj中的对象是有构造函数生成的，
则使用JSON.parse(JSON.stringify(obj))深拷贝后，会丢弃对象的constructor。
如果对象中存在循环引用的情况也无法正确实现深拷贝。

function Person (name) {
    this.name = 20
}
const lili = new Person('lili')
let a = {
    data0: '1',
    date1: [new Date('2020-03-01'), new Date('2020-03-05')],
    data2: new RegExp('\\w+'),
    data3: new Error('1'),
    data4: undefined,
    data5: function () {
        console.log(1)
    },
    data6: NaN,
    data7: lili
}
// 合并对象  
//   const newState = Object.assign({}, state)
// 先石化  再解封  就重新开辟空间了   
let b = JSON.parse(JSON.stringify(a))
console.log(b);

执行结果

使用 JSON.stringify 方法实现深拷贝对象，虽然到目前为止还有很多无法实现的功能，但是这种方法足以满足日常的开发需求，并且是最简单和快捷的。而对于其他的也要实现深拷贝的，比较麻烦的属性对应的数据类型，JSON.stringify 暂时还是无法满足的，那么就需要下面的几种方法了。

方法二：基础版（手写递归实现）

下面是一个实现 deepClone 函数封装的例子，通过 for in 遍历传入参数的属性值，如果值是引用类型则再次递归调用该函数，如果是基础数据类型就直接复制，代码如下所示。

let obj1 = {
  a:{
    b:1
  }
}

function deepClone(obj) { 
  let cloneObj = {}
  for(let key in obj) {                 //遍历
    if(typeof obj[key] ==='object') { 
      cloneObj[key] = deepClone(obj[key])  //是对象就再次调用该函数递归
    } else {
      cloneObj[key] = obj[key]  //基本类型的话直接复制值
    }

  }
  return cloneObj

}

let obj2 = deepClone(obj1);
obj1.a.b = 2;
console.log(obj2);   //  {a:{b:1}}

虽然利用递归能实现一个深拷贝，但是同上面的 JSON.stringify 一样，还是有一些问题没有完全解决，例如：

这个深拷贝函数并不能复制不可枚举的属性以及 Symbol 类型；
这种方法只是针对普通的引用类型的值做递归复制，而对于 Array、Date、RegExp、Error、Function 这样的引用类型并不能正确地拷贝；
对象的属性里面成环，即循环引用没有解决。

这种基础版本的写法也比较简单，可以应对大部分的应用情况。但是你在面试的过程中，如果只能写出这样的一个有缺陷的深拷贝方法，有可能不会通过。

所以为了“拯救”这些缺陷，下面我带你一起看看改进的版本，以便于你可以在面试种呈现出更好的深拷贝方法，赢得面试官的青睐。

方法三：改进版（改进后递归实现）

针对上面几个待解决问题，我先通过四点相关的理论告诉你分别应该怎么做。

针对能够遍历对象的不可枚举属性以及 Symbol 类型，我们可以使用 Reflect.ownKeys 方法；
当参数为 Date、RegExp 类型，则直接生成一个新的实例返回；
利用 Object 的 getOwnPropertyDescriptors 方法可以获得对象的所有属性，以及对应的特性，顺便结合 Object 的 create 方法创建一个新对象，并继承传入原对象的原型链；
利用 WeakMap 类型作为 Hash 表，因为 WeakMap 是弱引用类型，可以有效防止内存泄漏（你可以关注一下 Map 和 weakMap 的关键区别，这里要用 weakMap），作为检测循环引用很有帮助，如果存在循环，则引用直接返回 WeakMap 存储的值。

关于第 4 点的 WeakMap，这里我不进行过多的科普讲解了，你如果不清楚可以自己再通过相关资料了解一下。我也经常在给人面试中看到有人使用 WeakMap 来解决循环引用问题，但是很多解释都是不够清晰的。

当你不太了解 WeakMap 的真正作用时，我建议你不要在面试中写出这样的代码，如果只是死记硬背，会给自己挖坑的。因为你写的每一行代码都是需要经过深思熟虑并且非常清晰明白的，这样你才能经得住面试官的推敲。

当然，如果你在考虑到循环引用的问题之后，还能用 WeakMap 来很好地解决，并且向面试官解释这样做的目的，那么你所展示的代码，以及你对问题思考的全面性，在面试官眼中应该算是合格的了。

那么针对上面这几个问题，我们来看下改进后的递归实现的深拷贝代码应该是什么样子的，如下所示。

const isComplexDataType = obj => (typeof obj === 'object' || typeof obj === 'function') && (obj !== null)
const deepClone = function (obj, hash = new WeakMap()) {
  if (obj.constructor === Date) 
  return new Date(obj)       // 日期对象直接返回一个新的日期对象
  if (obj.constructor === RegExp)
  return new RegExp(obj)     //正则对象直接返回一个新的正则对象
  //如果循环引用了就用 weakMap 来解决
  if (hash.has(obj)) return hash.get(obj)
  let allDesc = Object.getOwnPropertyDescriptors(obj)
  //遍历传入参数所有键的特性
  let cloneObj = Object.create(Object.getPrototypeOf(obj), allDesc)
  //继承原型链
  hash.set(obj, cloneObj)
  for (let key of Reflect.ownKeys(obj)) { 
    cloneObj[key] = (isComplexDataType(obj[key]) && typeof obj[key] !== 'function') ? deepClone(obj[key], hash) : obj[key]
  }
  return cloneObj
}

// 下面是验证代码

let obj = {
  num: 0,
  str: '',
  boolean: true,
  unf: undefined,
  nul: null,
  obj: { name: '我是一个对象', id: 1 },
  arr: [0, 1, 2],
  func: function () { console.log('我是一个函数') },
  date: new Date(0),
  reg: new RegExp('/我是一个正则/ig'),
  [Symbol('1')]: 1,
};

Object.defineProperty(obj, 'innumerable', {
  enumerable: false, value: '不可枚举属性' }
);
obj = Object.create(obj, Object.getOwnPropertyDescriptors(obj))
obj.loop = obj    // 设置loop成循环引用的属性
let cloneObj = deepClone(obj)
cloneObj.arr.push(4)
console.log('obj', obj)
console.log('cloneObj', cloneObj)

我们看一下结果，cloneObj 在 obj 的基础上进行了一次深拷贝，cloneObj 里的 arr 数组进行了修改，并未影响到 obj.arr 的变化，如下图所示。

示例运行

从这张截图的结果可以看出，改进版的 deepClone 函数已经对基础版的那几个问题进行了改进。