iOS 深拷贝两种实现

很多人面试中都被或多或少问到一些内存管理相关的知识，说到内存管理在 ARC 环境下就避不开 assign、weak、strong、copy、mutableCopy 几个关键字。

下面先结合案例浅谈一下几个关键字差异，再引入浅拷贝、单层深拷贝、深拷贝的概念，最后探索下深拷贝的实现。

本文代码默认都是在 ARC 环境下。

1. assign 与 weak 的区别

下面代码有什么问题？

@property (nonatomic, assign) id<XXDelegate> delegate;

相信有很多开发现在还一直在用 assign 修饰 delegate 属性，正常情况下的确代码也不会出问题。
但是，这样的代码有隐患的，当 delegate 对象被释放后依然有代码使用 delegate 时，访问的就是野指证，可能会引起crash。
而 ARC 下的 weak 修饰符就可以即规避环引用的问题，又保证了对象释放后指针置为nil，避免了野指证的访问。
ARC 下的 assign 主要是用来修饰基本数据类型的，虽然也可以用来修饰对象类型，但是其相当于 unsafe_unretained 修饰符，所以尽量不要这样用。

2. strong 与 copy 的区别

下面四种写法有什么区别？

@property (nonatomic, strong) NSArray *array0;@property (nonatomic, copy) NSArray *array1;@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *array2;@property (nonatomic, copy) NSMutableArray *array3;

第一种写法不推荐使用，是对传递对象的强引用，不管是传递 NSArray 还是 NSMutableArray 对象都是多了一个强引用的指针而已。当外面传递的是 NSMutableArray 对象，在该类中使用该属性时就要注意外面也可能随时修改该对象。

第二种写法为推荐写法，如果传递的是 NSArray 对象，则只是对原先对象的一份强引用（应该是编译器优化的），但是如果传递的是 NSMutableArray 对象，则是对原先对象的一次“单层深拷贝”，生成的 NSArray 对象是一份新内存地址的对象，但是其中的元素还是原先的。

第三种写法为推荐写法，是对传递 NSMutableArray 对象的一个强引用。该类中使用该属性时要注意外面也可能随时修改该对象。

第四种写法为错误写法，是对传递 NSMutableArray 对象的一个“单层深拷贝”，而且生成的对象是 NSArray 类型而不是 NSMutableArray 类型，在该类中对该属性做增删操作就会出现unrecognized method send to … 引发crash。

NSString 与 NSMutableString 和上面的结论是一样的，只是没有单层深拷贝的概念。

3. 浅拷贝、单层深拷贝、深拷贝

浅拷贝

所谓的浅拷贝，就是指只是将对象内存地址多了一个引用，也就是说，拷贝结束之后，两个对象的值不仅相同，而且对象所指的内存地址都是一样的。

单层深拷贝

对于不可变的容器类对象(如NSArray、NSSet、NSDictionary)进 mutableCopy 操作，内存地址发生了变化，但是其中的元素内存地址并没有发生变化，属于单层深拷贝。
对于可变集合类对象(如NSMutableArray、NSMutableSet、NSMutableDictionary)，不管是进行 copy 操作还是 mutableCopy 操作，其内存地址都发生了变化，但是其中的元素内存地址都没有发生变化，属于单层深拷贝。

深拷贝

所谓深拷贝，就是指拷贝一个对象的具体内容，拷贝结束之后，两个对象的值虽然是相同的，但是指向的内存地址是不同的。两个对象之间也互不影响，互不干扰。

具体代码

非集合类对象的 copy 和 mutableCopy

• 我们对一个 NSString 属性进行 copy 和 mutableCopy 。

NSString *string = @"abc";NSString *stringCopy = [string copy];NSMutableString *stringMCopy = [string mutableCopy];NSLog(@"string: %p, %p", string, &string);NSLog(@"stringCopy: %p, %p", stringCopy, &stringCopy);NSLog(@"stringMCopy: %p, %p", stringMCopy, &stringMCopy);

运行之后，可以发现：

string: 0x1022fe078, 0x7fff5d901a48stringCopy: 0x1022fe078, 0x7fff5d901a40stringMCopy: 0x608000260240, 0x7fff5d901a38

可以看出，对 NSString 进行 copy 操作，其新对象的内存地址并没有发生变化，改变的只仅仅是指针的地址，但是进行 mutableCopy 操作，其内存地址已经发生了变化，并且指针地址发生变化。我们将内存地址发生了变化的 copy 操作，称之为深拷贝，反之，内存地址没有发生了变化，称之为浅拷贝。

• 接下来，我们对 NSMutableString 进行 copy 和 mutableCopy

NSMutableString *string = [NSMutableString stringWithFormat:@"abc"];NSString *stringCopy = [string copy];NSMutableString *stringMCopy = [string mutableCopy];NSLog(@"string: %p, %p", string, &string);NSLog(@"stringCopy: %p, %p", stringCopy, &stringCopy);NSLog(@"stringMCopy: %p, %p", stringMCopy, &stringMCopy);

运行之后，我们可以发现：

string: 0x608000264680, 0x7fff5526aa48stringCopy: 0xa000000006362613, 0x7fff5526aa40stringMCopy: 0x608000264940, 0x7fff5526aa38

对 NSMutableString 进行 copy 操作，其内存地址和指针地址都发生了变化，所以操作是深拷贝，和上面有所不同；进行 mutableCopy 操作，其内存地址和指针地址也都发生了变化，所以也是深拷贝。

以上，我们可以得出，在非集合类对象中，对不可变对象进行 copy 操作，只仅仅是指针复制，进行 mutableCopy 操作，是内容复制。
对可变对象进行 copy 和 mutableCopy 操作，都是内容复制。

集合类对象的 copy 和 mutableCopy

• 我们以 NSArray 为例，对其进行 copy 和 mutableCopy 操作。

NSString *element_01 = @"abc";NSString *element_02 = @"def";NSString *element_03 = @"ghi";NSArray *array = @[element_01, element_02, element_03];NSArray *arrayCopy = [array copy];NSMutableArray *arrayMCopy = [array mutableCopy];NSLog(@"array: %p, %p; array.firstObject: %p", array, &array, array.firstObject);NSLog(@"arrayCopy: %p, %p; arrayCopy.firstObject: %p", arrayCopy, &arrayCopy, arrayCopy.firstObject);NSLog(@"arrayMCopy: %p, %p; arrayMCopy.firstObject: %p", arrayMCopy, &arrayMCopy, arrayMCopy.firstObject);

运行之后，结果如下：

array: 0x600000245910, 0x7fff51367a10; array.firstObject: 0x10e898088arrayCopy: 0x600000245910, 0x7fff51367a08; arrayCopy.firstObject: 0x10e898088arrayMCopy: 0x600000245670, 0x7fff51367a00; arrayMCopy.firstObject: 0x10e898088

可以发现，规律和非集合类的很像，对 NSArray 进行 copy 操作的时候，数组的内存地址没有发生变化，但是进行 mutableCopy 操作时，其内存地址发生了变化，结论跟非集合类的差不多。

但是，这里的深拷贝和非集合类的深拷贝还是不太一样的，上面我们打印出了数组的第一个元素的内存地址，可以发现，进行 mutableCopy 操作时，虽然数组内存地址发生了变化，但是数组元素的内存地址并没有发生变化。

这个属于一个特例，我们称它为单层深复制。并不是理论上的完全深复制。

• 接下来，我们以 NSMutableArray 为例，进行 copy 和 mutableCopy 操作。

NSString *element_01 = @"abc";NSString *element_02 = @"def";NSString *element_03 = @"ghi";NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithArray:@[element_01, element_02, element_03]];NSArray *arrayCopy = [array copy];NSMutableArray *arrayMCopy = [array mutableCopy];NSLog(@"array: %p, %p; array.firstObject: %p", array, &array, array.firstObject);NSLog(@"arrayCopy: %p, %p; arrayCopy.firstObject: %p", arrayCopy, &arrayCopy, arrayCopy.firstObject);NSLog(@"arrayMCopy: %p, %p; arrayMCopy.firstObject: %p", arrayMCopy, &arrayMCopy, arrayMCopy.firstObject);

运行之后，结果如下：

array: 0x6000000460c0, 0x7fff516d3a10; array.firstObject: 0x10e52c088arrayCopy: 0x600000046420, 0x7fff516d3a08; arrayCopy.firstObject: 0x10e52c088arrayMCopy: 0x600000046000, 0x7fff516d3a00; arrayMCopy.firstObject: 0x10e52c088

可以看出，对 NSMutableArray 进行 copy 和 mutableCopy 操作，其内存地址都发生了变化，但是，对于数组中的元素，不管是进行的哪种操作，内存地址始终都没有发生变化，所以属于单层深拷贝。

所以，我们可以得出，对于不可变的集合类对象进行 copy 操作，只是改变了指针，其内存地址并没有发生变化；进行 mutableCopy 操作，内存地址发生了变化，但是其中的元素内存地址并没有发生变化。

对于可变集合类对象，不管是进行 copy 操作还是 mutableCopy 操作，其内存地址都发生了变化，但是其中的元素内存地址都没有发生变化，属于单层深拷贝。

4. 深拷贝的实现

• 第一种方法，可以通过归解档生成两份完全独立的对象，但是前提是对象必须支持 NSCoding 协议。

• 第二种方法，自己实现了一个 BNDeepCopy 深拷贝协议，把 NSArray、NSSet、NSDictionary 分别用 category 添加一下实现。后面如果自己的某个对象如果 NSCopying 协议不能满足深拷贝的要求，只需实现 BNDeepCopy 协议即可。（对于一些 NSString、NSNumber 的内存优化，此实现中暂时不独立成两份）。
  大概实现如下：
  

  • 其中 BNDeepCopyProtocol.h 中协议声明：

    @protocol BNDeepCopy <NSObject>- (id)BN_deepCopy;@end

  • 其中 NSArray+BNDeepCopy.m 中实现如下：

    @implementation NSArray (BNDeepCopy)- (instancetype)BN_deepCopy {    NSMutableArray *mutableResultArray = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:[self count]];    for (id subObject in self) {        id deepCopySubObject = nil;        if ([subObject respondsToSelector:@selector(BN_deepCopy)]) {            deepCopySubObject = [subObject BN_deepCopy];        } else if ([subObject isKindOfClass:[NSMutableArray class]] || [subObject isKindOfClass:[NSMutableSet class]] || [subObject isKindOfClass:[NSMutableDictionary class]]) {            deepCopySubObject = [subObject mutableCopy];        } else if ([subObject conformsToProtocol:@protocol(NSCopying)]) {            deepCopySubObject = [subObject copy];        } else {            deepCopySubObject = subObject;        }        if (deepCopySubObject) {            [mutableResultArray addObject:deepCopySubObject];        } else {            [mutableResultArray addObject:subObject];        }    }    if ([self isKindOfClass:[NSMutableArray class]]) {        return mutableResultArray;    } else {        return [NSArray arrayWithArray:mutableResultArray];    }}@end

  • NSSet+BNDeepCopy 与 NSDictionary+BNDeepCopy 中代码与 NSArray+BNDeepCopy 中相似

  • BNDeepCopy.h 为需要引用的头文件集合
  • 如此实现以后，有自定义的对象需要深拷贝（如果其 NSCopying 或 NSMutableCopying 已经能完成深拷贝，则不需要用这一套机制），只需要实现 BNDeepCopy 协议即可。

深拷贝两种实现具体代码：DeepCopyDemo

BNDeepCopy 已上传至 CocoaPods (pod search BNDeepCopy可搜索到）