Копирование Массивов в Java: Лучшие Практики и Примеры

Копирование массивов является очень распространенной операцией в программировании, и хотя эта задача может показаться простой на первый взгляд, на самом деле существует несколько подходов к ее выполнению.

Поверхностное клонирование — это процесс копирования объекта, при котором создается новый объект, но его поля содержат ссылки на те же самые объекты, что и поля оригинального объекта. Это может привести к неожиданным последствиям, если оригинальный массив изменяется после клонирования, ведь изменения будут отображаться и в его копии.

В отличие от поверхностного, глубокое клонирование предполагает создание независимых копий всех объектов, на которые ссылаются поля оригинального объекта. Это означает, что изменения в одном объекте не повлияют на другой.

Вы узнаете, как правильно использовать эти подходы на практике, и получите конкретные примеры кода, которые помогут вам лучше понять этот процесс.

Поверхностное клонирование

Метод System.arraycopy()

Метод System.arraycopy() является мощным и эффективным инструментом для копирования массивов в Java. Этот метод принадлежит к классу System и позволяет быстро копировать элементы одного массива в другой, что может быть особенно полезно при работе с большими массивами или в случаях, когда нужна максимальная производительность. Однако System.arraycopy() не позволяет изменять или фильтровать элементы массива во время копирования.

Метод System.arraycopy() имеет следующий синтаксис:

System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

Где:

• src — базовый массив, из которого нужно скопировать элементы.
• srcPos — позиция в базовом массиве (индекс), с которого нужно начать копировать, если указать 2, то копирование начнется с 3ого элемента массива.
• dest — массив, в который нужно скопировать элементы.
• destPos — позиция в новом массиве (индекс), с которого начнется вставка элементов.
• length — количество элементов, которые нужно скопировать.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};

       int[] copiedArray = new int[originalArray.length];

       System.arraycopy(originalArray, 0, copiedArray, 0, originalArray.length); -> {1, 2, 3, 4, 5}

   }

}

Давайте проверим, действительно ли метод не осуществляет глубокое копирование:

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       // Создаем массив объектов StringBuilder, потому что StringBuilder, в отличие от String, является mutable

       StringBuilder[] originalArray = {

               new StringBuilder("Apple"),

               new StringBuilder("Banana"),

               new StringBuilder("Cherry")

       };

       StringBuilder[] copiedArray = new StringBuilder[originalArray.length];

       // Копируем элементы из оригинального массива в новый массив

       System.arraycopy(originalArray, 0, copiedArray, 0, originalArray.length);

       // copiedArray содержит элементы {"Apple", "Banana", "Cherry"}

       // Изменяем один из элементов в оригинальном массиве

       originalArray[0].append(" Pie");

       // теперь copiedArray содержит элементы {"Apple Pie", "Banana", "Cherry"}, то есть первый элемент претерпел изменения

   }

}

Метод Arrays.copyOf()

Метод, который очень похож на предыдущий, однако принадлежит к классу Arrays. Позволяет легко создать копию массива, определив новый размер копии, если это нужно.

Метод Arrays.copyOf() имеет следующий синтаксис:

T[] copyOf(T[] original, int newLength);

Где:

• original — массив, который нужно скопировать.
• newLength — новый размер массива. Если newLength больше длины оригинального массива, новые элементы в конце будут инициализированы значениями по умолчанию для типа массива (например, 0 для числовых массивов, null для объектов).

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};

       int[] copiedArray = Arrays.copyOf(originalArray, originalArray.length);

   }

}

FoxmindEd — это учебный центр с большим выбором направлений курсов для новичков и программистов с опытом!

Начинаете свой путь в IТ? Попробуйте курсы Start

Имеете базовые навыки программирования? Тогда вам на курсы Junior

Хотите углубить свои знания в IТ? У нас есть курсы Middle/Senior

Метод Arrays.copyOfRange()

Метод Arrays.copyOfRange() является расширением предыдущего метода и предоставляет возможность скопировать часть массива, указав диапазон индексов, который вас интересует. Этот метод полезен, когда нужно скопировать только определенный отрезок массива, а не весь массив полностью.

Метод Arrays.copyOfRange() имеет следующий синтаксис:

T[] copyOfRange(T[] original, int from, int to);

Где:

• original — массив, из которого нужно сделать копию.
• from — начальный индекс (включительно), с которого начинается копирование.
• to — конечный индекс (не включительно), до которого продолжается копирование.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};

       int[] copiedArray = Arrays.copyOfRange(originalArray, 1, 4);

   }

}

В этом примере новый массив copiedArray будет содержать элементы из originalArray от индекса 1 до индекса 3 (значения 2, 3 и 4), то есть {2, 3, 4}.

Будьте осторожны, если to значительно превышает размер базового массива, новый массив может содержать много элементов, инициализированных значениями по умолчанию, что может привести к излишнему использованию памяти.

Метод clone()

Каждый массив является объектом, который наследует метод clone() от класса Object. Метод clone() позволяет создать новый массив, который является точной копией исходного массива. Однако, вы не можете легко изменить размер нового массива или скопировать только часть элементов, или элементы по определенному условию.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};

       int[] clonedArray = originalArray.clone();

   }

}

Цикл

Цикл for является одним из самых простых и самых распространенных способов копирования массива или некоторых его элементов в Java. Этот подход позволяет вручную перебрать все элементы массива и скопировать их в новый массив. Он предоставляет полный контроль над процессом копирования, за счет чего вы можете фильтровать элементы, изменять значения элементов или скопировать только часть массива. Однако для больших массивов этот метод может быть менее эффективным, поскольку он выполняет перебор каждого элемента.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       int[] original Array = {1, 2, 3, 4, 5};

       int[] copiedArray = new int[originalArray.length];

       for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {

           // можно добавить if-else блок если надо скопировать элементы по определенному условию или изменить определенные элементы

           copiedArray[i] = originalArray[i];

       }

   }

}

Глубокое копирование

Чтобы достичь глубокого копирования, нам необходимо не только клонировать каждую строку массива, но и создавать новые экземпляры для каждого объекта в этом массиве. Таким образом, любые изменения в исходном массиве не повлияют на копию, поскольку каждый объект в новом массиве будет независимым.

Цикл 

Использование цикла дает нам возможность осуществлять ручное управление при копировании массива. Поэтому мы можем сделать глубокое копирование элементов и избегать нежелательных побочных эффектов когда старый массивов меняется.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       StringBuilder[] originalArray = {

               new StringBuilder("Apple"),

               new StringBuilder("Banana"),

               new StringBuilder("Cherry"),

               new StringBuilder("Date")

       };

       // Создаем новый массив для глубокого копирования

       StringBuilder[] deepCopy = new StringBuilder[originalArray.length];

       // Копируем элементы из оригинального массива в новый массив

       for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {

           // Создаем новый экземпляр StringBuilder для каждого элемента

           deepCopy[i] = new StringBuilder(originalArray[i].toString());

       }

   }

}

Библиотека Apache Commons Lang

Библиотека Apache Commons Lang предлагает класс SerializationUtils, который можно использовать для глубокого копирования объектов через сериализацию. Этот метод работает для любых объектов, которые реализуют интерфейс Serializable.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       // Используем String вместо StringBuilder для сериализации

       String[] originalArray = {"Apple", "Banana", "Cherry", "Date"};

       // Использование SerializationUtils для глубокого копирования

       String[] deepCopy = SerializationUtils.clone(originalArray);

   }

}

Метод clone()

Да, метод clone() может осуществлять глубокое копирование, но для этого необходимо, чтобы объекты реализовали интерфейс Cloneable.

class CustomObject implements Cloneable {

   private StringBuilder data;

   public CustomObject(StringBuilder data) {

       this.data = data;

   }

   public StringBuilder getData() {

       return data;

   }

   @Override

   protected CustomObject clone() {

       return new CustomObject(new StringBuilder(data));

   }

}

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       // Создаем оригинальный объект

       CustomObject originalObject = new CustomObject(new StringBuilder("Original Data"));

       // Копируем объект с помощью метода clone()

       CustomObject clonedObject = originalObject.clone();

       // Вносим изменения в оригинальный объект

       originalObject.getData().append(" - modified");

       // Выводим данные оригинального и клонированного объектов

       System.out.println("Original Object: " + originalObject.getData()); // -> Original Object: Original Data - modified

       System.out.println("Cloned Object: " + clonedObject.getData()); // -> Cloned Object: Original Data

   }

}

Вывод

Мы рассмотрели несколько различных подходов к копированию массивов в Java, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Выбор подхода зависит от конкретной ситуации и требований вашей задачи.

Цикл предоставляет наибольший контроль над процессом копирования. Он позволяет не только копировать элементы массива, но и фильтровать их, изменять во время копирования или выборочно копировать только часть массива. Также с помощью цикла вы можете осуществлять глубокое или поверхностное копирование. Такой подход подходит в случаях, когда вам нужно больше гибкости или когда вы хотите реализовать специфические операции над элементами массива. Однако, этот метод может быть лишним, если вам просто нужно создать копию массива без дополнительных манипуляций.

Методы System.arraycopy(), Arrays.copyOf(), и Arrays.copyOfRange() являются более удобными и быстрыми для копирования массивов, когда вам не нужно изменять или фильтровать данные. Они обеспечивают эффективное копирование, что особенно полезно для больших массивов или когда важна производительность. Тем не менее, эти методы осуществляют только поверхностное копирование, что может быть достаточным для большинства ситуаций, но не подходит, если требуется полное (глубокое) копирование.

Глубокое копирование, которое мы реализовали через циклы или другие подходы, необходимо только тогда, когда нужно создать полностью независимую копию массива, включая все подмассивы или объекты, на которые он ссылается. Это важно в ситуациях, когда изменения в оригинальном массиве не должны влиять на его копию. Однако, всегда использовать глубокое копирование нет смысла, поскольку оно является более ресурсозатратным и сложным, чем поверхностное копирование.