关于javascript:JS-原生方法原理探究九如何实现浅拷贝和深拷贝

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这是 JS 原生办法原理探索系列的第九篇文章。本文会介绍如何手写实现浅拷贝和深拷贝。

实现浅拷贝

什么是浅拷贝？

对原对象进行浅拷贝，会生成一个和它“一样”的新对象。然而这种拷贝只会拷贝原对象第一层的根本类型属性，援用类型属性依然和原对象共享同一个。

用一个简略的例子来了解：

let obj1 = {
    a: 'Jack',
    b: {c: 1}
}
let obj2 = Object.assign({},obj1)
obj1.a = 'Tom'
obj1.b.c = 2
console.log(obj1.a)      // 'Tom'
console.log(obj2.a)      // 'Jack'   
console.log(obj1.b.c)    // 2
console.log(obj2.b.c)    // 2

能够看到，因为新对象拷贝了原对象第一层的根本类型属性，所以批改 obj1.a 的值并不会影响 obj2.a 的值；同时，因为新对象和原对象共享同一个第一层的援用类型属性，所以批改 obj1.b 对象也会影响到 obj2.b 对象。

如何实现浅拷贝？

JS 中常见的浅拷贝办法有 Object.assign()、... 开展运算符以及数组的 slice 办法。然而如果咱们要本人实现一个浅拷贝，应该怎么做呢？

其实也很简略，因为浅拷贝只作用在第一层，所以只须要遍历原对象，将它的每一个成员增加到新对象上就行。这里说的原对象指的是对象字面量、数组、类数组对象、Set 以及 Map 这些能够遍历的对象。对于其它的不可遍历对象以及根本类型的值间接将其返回即可。

代码如下：

function getType(obj){return Object.prototype.toSrting.call(obj).slice(8,-1)
}
// 能够遍历的数据类型
let iterableList = ['Object','Array','Arguments','Set','Map']
// 浅拷贝
function shallowCopy(obj){let type = getType(obj)
    if(!iterableList.includes(type)) return obj
    let res = new obj.constructor()
    // 如果是 Set 或者 Map
    obj.forEach((value,key) => {type === 'Set' ? res.add(value) : res.set(key,value)
    })        
    // 如果是对象字面量、类数组对象或者数组
    Reflect.ownKeys(obj).forEach(key => {res[key] = obj[key]
    })        
    return res
}

一些要点：

  • 初始化新对象 res：获取原对象 obj 的构造函数，用于创立一个和原对象同类型的实例
  • 这里遍历对象或者数组有三种形式，第一种是应用 Reflect.ownKeys() 获取本身所有属性（无论是否能够枚举），第二种是应用 for……in + hasOwnProperty() 获取本身所有可枚举属性，第三种是应用 Object.keys() 一次性获取本身所有可枚举属性

实现对象深拷贝

什么是深拷贝？

对原对象进行深拷贝，会生成一个和它“一样”的新对象。深拷贝会拷贝原对象所有层级上的根本类型属性和援用类型属性。还是通过一个例子了解一下：

let obj1 = {
    a: 'Jack',
    b: {c: 1}
}
let obj2 = JSON.parse(JSON.stringify(obj1))
obj1.a = 'Tom'
obj1.b.c = 2
console.log(obj1.a)      // 'Tom'
console.log(obj2.a)      // 'Jack'   
console.log(obj1.b.c)    // 2
console.log(obj2.b.c)    // 1

能够看到，无论对 obj1 作出什么批改，都不会影响到 obj2，反之亦然，两者是齐全独立的。

如何实现深拷贝？

常见的实现深拷贝的形式是 JSON.parse(JSON.stringify())。它能够应酬个别的深拷贝场景，然而也存在着不少问题，这些问题根本都是呈现在序列化的环节。

  1. Date 类型的属性通过深拷贝之后会变成字符串：

    let obj = {date : new Date()
}
JSON.parse(JSON.stringify(obj))    // {date: "2021-07-04T13:01:35.934Z"}

  2. 正则类型和谬误类型的属性通过深拷贝之后会变成空对象：

    let obj = {
    reg : /\d+/gi,
    error : new Error()}
JSON.parse(JSON.stringify(obj))       // {reg:{},error:{}}

  3. 如果 key 的 value 是函数类型、undefined 类型、Symbol 类型，则通过深拷贝之后会失落：

    // 如果是对象，属性间接失落
let obj = {fn: function(){},
    name: undefined,
    sym: Symbol(),
    age: 12
}
JSON.parse(JSON.stringify(obj))     // {age:12}
// 如果是数组，则变为 "null"
let arr = [function(){},
    undefined,
    Symbol(),
    12
]
JSON.parse(JSON.stringify(arr))     //  ["null","null","null"12]

  4. 如果 key 是 Symbol 类型，则通过深拷贝之后会失落：

    let obj = {a:1}
obj[Symbol()] = 2
JSON.parse(JSON.stringify(obj))      // {a:1}

  5. NaN、Infinity、-Infinity 通过深拷贝之后会变成 null

    let obj = {
    a:NaN,
    b:Infinity,
    c:-Infinity
}
JSON.parse(JSON.stringify(obj))     // {a:null,b:null,c:null}

  6. 可能导致 constructor 指向失落：

    function Super(){}
let obj1 = new Super()
let obj2 = JSON.parse(JSON.stringify(obj1))

console.log(obj1.constructor)       // Super
console.log(obj2.constructor)       // Object

JSON.stringify() 只能序列化对象本身的可枚举属性，而 constructor 并不是实例对象本身的属性，而是实例的原型对象的属性。因而在序列化实例对象 obj1 的时候，实际上并不会去解决 constructor 的指向，这样，它的指向就成为了默认的 Object。

  1. 存在循环援用的问题 

    let obj = {}
obj.a = obj
JSON.parse(JSON.stringify(obj1))

下面的 obj 对象存在循环援用，也就是说，它是一个环状构造（非树状）的对象，这样的对象是无奈转化为 JSON 的，因而会报错：can’t convert circular structure to JSON。

此外，咱们也能够思考应用 Lodash 提供的深拷贝办法。不过，如果要本人实现深拷贝，应该怎么做呢？咱们一步一步来看。

根底版本

深拷贝的外围其实就是 == 浅拷贝 + 递归 ==，不论层级嵌套有多深，咱们总能够通过一直的递归达到对象的最里层，实现根本类型属性以及不可遍历的援用类型属性的拷贝。

上面是最根底的深拷贝版本：

function deepClone(target){if(typeof target === 'object'){let cloneTarget = Array.isArray(target) ? []:{}
        Reflect.ownKeys(target).forEach(key => {cloneTarget[key] = deepClone(target[key])
        })
        return cloneTarget
    } else {return target}
}

这里只思考数组和对象字面量的状况。依据初始传入的 target 是一个对象字面量还是数组，决定最终返回的 cloneTarget 是对象还是数组。接着遍历 target 的每一个本身属性，递归调用 deepClone，如果属性曾经是根本类型，则间接返回；如果还是对象或者数组，就和初始的 target 进行一样的解决。最初，把解决好的后果一一增加给 cloneTarget。

解决循环援用导致的爆栈问题

然而，这里存在一个循环援用的问题。

假如深拷贝的指标是上面这样的对象：

let obj = {}
obj.a = obj

这样的对象，构造中存在回环，即存在循环援用：obj 通过属性 a 援用了本身，而 a 也肯定会有一个属性 a 再次援用本身 …… 最终会导致 obj 有限嵌套上来。而深拷贝的过程中因为用到了递归，有限嵌套的对象就会导致有限的递归，一直地压栈最终会导致堆栈溢出。

如何解决循环援用带来的爆栈问题呢？其实也很简略， 只须要给递归创立一个进口即可 。对于首次传入的对象或者数组，会用一个 WeakMap 记录以后指标和拷贝后果的映射关系，当检测到再次传入雷同的指标时，就不再进行反复的拷贝，而是间接从 WeakMap 中取出它对应的拷贝后果返回。

这里的“返回”其实就给递归创立了一个进口，因而不会有限递归上来，也就不会爆栈了。

因而改良后的代码如下：

function deepClone(target,map = new WeakMap()){if(typeof target === 'object'){let cloneTarget = Array.isArray(target) ? []:{}
        
        // 解决循环援用的问题
        if(map.has(target)) return map.get(target)
        map.set(target,cloneTarget)
        Reflect.ownKeys(target).forEach(key => {cloneTarget[key] = deepClone(target[key],map)
        })
        return cloneTarget
    } else {return target}
}

解决其它数据类型

始终记住，咱们要解决的是三类指标：

  • 根本数据类型：间接返回即可
  • 能够持续遍历的援用数据类型：除了下面曾经解决的对象字面量和数组，还有类数组对象、Set、Map。它们都属于能够持续遍历的、可能存在嵌套的援用类型，因而在解决的时候就须要递归
  • 不能持续遍历的援用数据类型：包含函数、谬误对象、日期对象、正则对象、根本类型的包装对象（String、Boolean、Symbol、Number）等。它们是不能持续遍历的，或者说是“没有层级嵌套”的，因而再解决的时候须要拷贝一份一样的正本返回
1）类型判断函数

为了更好地判断是援用数据类型还是根本数据类型，能够应用一个 isObject 函数：

function isObject(o){return o !== null && (typeof o === 'object' || typeof o === 'function')
}

为了更精确地判断具体是什么数据类型，能够应用一个 getType 函数：

function getType(o){return Object.prototype.toString.call(o).slice(8,-1)
}
// getType(1)      "Number"
// getType(null)   "Null"
2）初始化函数

之前深拷贝对象字面量或者数组的时候，首先会将最终返回的后果 cloneTarget 初始化为 [] 或者 {}。同样地，对于 Set、Map 以及类数组对象，也须要进行雷同的操作，所以最好用一个函数对立实现 cloneTarget 的初始化。

function initCloneTarget(target){return new target.constructor()
}

通过 target.constructor 能够取得传进来的实例的构造函数，利用这个构造函数新创建一个同类型的实例并返回。

3）解决能够持续遍历的援用类型：类数组对象、Set、Map

类数组对象，其实和数组以及对象字面量的模式差不多，所以能够一块解决；解决 Set 和 Map 的流程也根本一样，然而不能采纳间接赋值的形式，而要应用 add 办法或者 set 办法，所以略微改良一下。

代码如下：

function deepClone(target,map = new WeakMap()){
    // 如果是根本类型，间接返回即可
    if(!isObject(target))    return target   
    
    // 初始化返回后果
    let type = getType(target)
    let cloneTarget = initCloneTarget(target)
    
    // 解决循环援用
    if(map.has(target))      return map.get(target)
    map.set(target,cloneTarget)
    
    // 解决 Set    
    if(type === 'Set'){
        target.forEach(value => {cloneTarget.add(deepClone(value,map))
        })
    }
    // 解决 Map
    else if(type === 'Map'){target.forEach((value,key) => {cloneTarget.set(key,deepClone(value,map))
        })
    }
    
    // 解决对象字面量、数组、类数组对象
    else if(type === 'Object' || type === 'Array' || type === 'Arguments'){Reflect.ownKeys(target).forEach(key => {cloneTarget[key] = deepClone(target[key],map)
        })
    }
    return cloneTarget
}
4）解决不能持续遍历的援用类型

当初来解决不能持续遍历的援用类型。对于这样的指标，咱们不能像根本数据类型那样间接返回，因为它们实质上也是对象，间接返回将返回雷同的援用，并没有达到拷贝的目标。正确的做法，应该是拷贝一份正本再返回。

如何拷贝呢？这里又分为两种状况。其中，String、Boolean、Number、谬误对象、日期对象都能够通过 new 的形式返回一个实例正本；而 Symbol、函数、正则对象的拷贝则无奈通过简略的 new 拷贝正本，须要独自解决。

拷贝 Symbol

function cloneSymbol(target){return Object(target.valueOf())    
    // 或者
    return Object(Symbol.prototype.valueOf.call(target))
    // 或者
    return Object(Symbol(target.description))
}

PS：这里的 target 是 Symbol 根本类型的包装类型，调用 valueOf 能够取得它对应的拆箱后果，再把这个拆箱后果传给 Object，就能够结构原包装类型的正本了；为了保险起见，能够通过 Symbol 的原型调用 valueOf；能够通过 .description 取得 symbol 的描述符，基于此也能够结构原包装类型的正本。

拷贝正则对象（参考 lodash 的做法）

function cloneReg(target) {
    const reFlags = /\w*$/;
    const result = new RegExp(target.source, reFlags.exec(target));
    result.lastIndex = target.lastIndex;
    return result;
}

拷贝函数（实际上函数没有必要拷贝）

function cloneFunction(target){return eval(`(${target})`)
    // 或者
    return new Function(`return (${target})()`)
}

PS：传给 new Function 的参数申明了新创建的函数实例的函数体内容

接下来，用一个 directCloneTarget 函数解决以上所有状况：

function directCloneTarget(target,type){
    let _constructor = target.constructor
    switch(type):
        case 'String':
        case 'Boolean':
        case 'Number':
        case 'Error':
        case 'Date':
            return new _constructor(target.valueOf())
            // 或者
            return new Object(_constructor.prototype.valueOf.call(target))
        case 'RegExp':
            return cloneReg(target)        
        case 'Symbol':
            return cloneSymbol(target)        
        case 'Function':            
            return cloneFunction(target) 
        default:            
            return null        
}

PS：留神这里有一些坑。

  • 为什么应用 return new _constructor(target.valueOf()) 而不是 return new _constructor(target) 呢？因为如果传进来的 target 是 new Boolean(false)，那么最终返回的实际上是 new Boolean(new Boolean(false))，因为参数并非空对象，因而它的值对应的不是冀望的 false，而是 true。所以，最好应用 valueOf 取得包装类型对应的实在值。
  • 也能够不应用根本类型对应的构造函数 _constructor，而是间接 new Object(target.valueOf()) 对根本类型进行包装
  • 思考到 valueOf 可能被重写，为了保险起见，能够通过根本类型对应的构造函数 _constructor 去调用 valueOf 办法

最终版本

最初的代码如下：

let objectToInit = ['Object','Array','Set','Map','Arguments']

function deepClone(target,map = new WeakMap()){if(!isObject(target))    return target    
    // 初始化
    let type = getType(target)
    let cloneTarget
    if(objectToInit.includes(type)){cloneTarget = initCloneTarget(target)
    } else {return directCloneTarget(target,type)
    }
     // 解决循环援用   
    if(map.has(target))       return map.get(target)
    map.set(target,cloneTarget)
    // 拷贝 Set
    if(type === 'Set'){
        target.forEach(value => {cloneTarget.add(deepClone(value,map))
        })
    }
    // 拷贝 Map
    else if(type === 'Map'){target.forEach((value,key) => {cloneTarget.set(key,deepClone(value,map))
        })
    }
    // 拷贝对象字面量、数组、类数组对象
    else if(type === 'Object' || type === 'Array' || type === 'Arguments'){Reflect.ownKeys(target).forEach(key => {cloneTarget[key] = deepClone(target[key],map)
        })
    }
    return cloneTarget
}

正文完
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2021-07-09
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