C# 深拷貝技術詳解，你學會了嗎？
作者：conan
C# 中實現深拷貝有多種方法，每種方法都有其適用場景和優缺點。在實際開發中，應根據具體需求和對象結構選擇合適的深拷貝方法。
引言
在 C# 編程中，對象的復制是一個常見需求。深拷貝（Deep Copy）是指創建一個新對象，并且遞歸地復制原始對象及其所有嵌套對象的內容，從而得到一個與原始對象完全獨立的副本。修改新對象不會影響原始對象，反之亦然。深拷貝在處理復雜對象結構時尤為重要，能夠避免數據混亂和意外的引用共享問題。本文將詳細介紹 C# 中實現深拷貝的幾種方法，包括手動實現、序列化與反序列化、反射以及使用第三方庫等。
手動實現深拷貝
手動實現深拷貝是最直接的方法，需要為每個對象編寫一個深拷貝函數，遞歸地復制對象的所有字段和屬性。對于值類型字段，直接賦值即可；對于引用類型字段，需要創建新的對象實例并遞歸調用深拷貝函數。
示例代碼
public class Address
{
public string Street { get; set; }
public string City { get; set; }
public Address DeepCopy()
{
return new Address
{
Street = this.Street,
City = this.City
};
}
}
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
public Address Address { get; set; }
public Person DeepCopy()
{
return new Person
{
Name = this.Name,
Age = this.Age,
Address = this.Address?.DeepCopy() // 注意空值檢查
};
}
}
public class Example
{
public static void Main(string[] args)
{
Person person1 = new Person
{
Name = "張三",
Age = 30,
Address = new Address { Street = "長安街", City = "北京" }
};
Person person2 = person1.DeepCopy();
// 修改 person2 的地址
person2.Address.Street = "建國路";
// person1 的地址沒有被修改！
Console.WriteLine($"Person1 Address: {person1.Address.Street}"); // 輸出：長安街
Console.WriteLine($"Person2 Address: {person2.Address.Street}"); // 輸出：建國路
}
}優缺點
- 優點：完全控制復制過程，可以針對特定對象結構進行優化，性能較高。
- 缺點：工作量大，需要為每個對象手動編寫深拷貝函數，容易出錯，維護成本高。
序列化與反序列化
利用序列化與反序列化實現深拷貝是一種簡便且常用的方法。將對象序列化為某種格式（如 JSON、XML 或二進制），然后再反序列化為新的對象實例，即可實現深拷貝。這種方法適用于對象結構復雜且對象類實現了序列化接口的場景。
示例代碼
使用 JSON 序列化與反序列化
using Newtonsoft.Json;
public static class DeepCopyHelper
{
public static T DeepCopy<T>(T obj)
{
string json = JsonConvert.SerializeObject(obj);
return JsonConvert.DeserializeObject<T>(json);
}
}
public class Example
{
public static void Main(string[] args)
{
Person person1 = new Person
{
Name = "張三",
Age = 30,
Address = new Address { Street = "長安街", City = "北京" }
};
Person person2 = DeepCopyHelper.DeepCopy(person1);
// 修改 person2 的地址
person2.Address.Street = "建國路";
// person1 的地址沒有被修改！
Console.WriteLine($"Person1 Address: {person1.Address.Street}"); // 輸出：長安街
Console.WriteLine($"Person2 Address: {person2.Address.Street}"); // 輸出：建國路
}
}使用二進制序列化與反序列化
using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;
public static class DeepCopyHelper
{
public static T DeepCopy<T>(T obj)
{
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(ms, obj);
ms.Position = 0;
return (T)formatter.Deserialize(ms);
}
}
}優缺點
- 優點：實現簡單，代碼量少，適用于復雜對象結構的深拷貝。
- 缺點：性能相對較低，序列化和反序列化過程可能耗時較長；對象類需要實現序列化接口（如
[Serializable]屬性），且不能序列化某些特殊對象（如數據庫連接等）。
使用反射
反射可以動態地獲取對象的類型信息，并創建新的對象實例，從而實現深拷貝。通過遞歸地復制對象的所有字段和屬性，可以處理復雜的對象結構。
示例代碼
public static T DeepCopyWithReflection<T>(T obj)
{
Type type = obj.GetType();
// 如果是字符串或值類型則直接返回
if (obj is string || type.IsValueType) return obj;
if (type.IsArray)
{
Type elementType = Type.GetType(type.FullName.Replace("[]", string.Empty));
var array = obj as Array;
Array copied = Array.CreateInstance(elementType, array.Length);
for (int i = 0; i < array.Length; i++)
{
copied.SetValue(DeepCopyWithReflection(array.GetValue(i)), i);
}
return (T)Convert.ChangeType(copied, obj.GetType());
}
object retval = Activator.CreateInstance(obj.GetType());
foreach (PropertyInfo pi in type.GetProperties())
{
if (pi.CanWrite)
{
object value = pi.GetValue(obj);
pi.SetValue(retval, DeepCopyWithReflection(value));
}
}
return (T)retval;
}優缺點
- 優點：無需手動編寫深拷貝函數，可以處理各種對象結構，靈活性較高。
- 缺點：性能較差，反射操作本身較慢，且遞歸復制過程可能導致較大的性能開銷。
使用第三方庫
市面上有一些成熟的第三方庫可以幫助實現深拷貝，如 AutoMapper、DeepCloner 等。這些庫通常經過優化，性能較好，且使用起來簡單方便。
示例代碼
使用 AutoMapper
using AutoMapper;
public class Example
{
public static void Main(string[] args)
{
var config = new MapperConfiguration(cfg => cfg.CreateMap<Person, Person>());
var mapper = config.CreateMapper();
Person person1 = new Person
{
Name = "張三",
Age = 30,
Address = new Address { Street = "長安街", City = "北京" }
};
Person person2 = mapper.Map<Person>(person1);
// 修改 person2 的地址
person2.Address.Street = "建國路";
// person1 的地址沒有被修改！
Console.WriteLine($"Person1 Address: {person1.Address.Street}"); // 輸出：長安街
Console.WriteLine($"Person2 Address: {person2.Address.Street}"); // 輸出：建國路
}
}優缺點
- 優點：使用方便，性能較好，能夠處理復雜的對象映射和深拷貝需求。
- 缺點：需要引入額外的依賴庫，增加了項目的復雜度。
深拷貝的注意事項與建議
- 循環引用問題：在手動實現深拷貝或使用反射時，需要注意對象之間的循環引用問題，避免無限遞歸導致程序崩潰。可以使用字典等數據結構記錄已復制的對象，以解決循環引用問題。
- 性能優化：對于性能敏感的場景，可以選擇性能較好的深拷貝方法，如使用序列化與反序列化或第三方庫。同時，可以對特定對象結構進行優化，減少不必要的復制操作。
- 類型兼容性：在使用序列化與反序列化實現深拷貝時，確保對象類實現了序列化接口，并且所有字段類型都支持序列化。
結語
C# 中實現深拷貝有多種方法，每種方法都有其適用場景和優缺點。在實際開發中，應根據具體需求和對象結構選擇合適的深拷貝方法。對于簡單的對象結構，手動實現深拷貝是一個不錯的選擇；對于復雜對象結構，可以使用序列化與反序列化或第三方庫來簡化實現。掌握這些深拷貝方法，能夠幫助我們更好地處理對象復制問題，提高代碼的健壯性和可維護性。
責任編輯：武曉燕
來源：
程序員編程日記
