深拷贝实现

时间:2022-06-03 红尘炼心人气:0

前言

深拷贝这个功能在开发中经常使用到，特别在对引用类型的数据进行操作时，一般会先深拷贝一份赋值给一个变量，然后在对其操作，防止影响到其它使用该数据的地方。

如何实现一个深拷贝，在面试中出现频率一直居高不下。因为在实现一个深拷贝过程中，可以看出应聘者很多方面的能力。

本专栏将从青铜到王者来介绍怎么实现一个深拷贝，以及每个段位对应的能力。

青铜段位

JSON.parse(JSON.stringify(data))

这种写法非常简单，而且可以应对大部分的应用场景，但是它有很大缺陷的。如果你不知道它有那些缺陷，而且这种实现方法体现不出你任何能力，所以这种实现方法处于青铜段位。

如果对象中存在循环引用的情况也无法正确实现深拷贝。

const a = {
    b: 1,
}
a.c = a;
JSON.parse(JSON.stringify(a));

如果 data 里面有时间对象，则JSON.stringify后再JSON.parse的结果，时间将只是字符串的形式。而不是时间对象。

const a = {
    b: new Date(1536627600000),
}
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(a)))

如果 data 里有RegExp、Error对象，则序列化的结果将只得到空对象；

const a = {
    b: new RegExp(/\d/),
    c: new Error('错误')
}
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(a)))

如果 data 里有函数，undefined，则序列化的结果会把函数置为undefined或丢失；

const a = {
    b: function (){
        console.log(1)
    },
    c:1,
	d:undefined
}
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(a)))

如果 data 里有NaN、Infinity和-Infinity，则序列化的结果会变成null

const a = {
    b: NaN,
    c: 1.7976931348623157E+10308,
    d: -1.7976931348623157E+10308,
}
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(a)))

白银段位

深拷贝的核心就是对引用类型的数据的拷贝处理。

function deepClone(target){
    if(target !== null && typeof target === 'object'){
        let result = {}
        for (let k in target){
            if (target.hasOwnProperty(k)) {
                result[k] = deepClone(target[k])
            }
        }
        return result;
    }else{
        return target;
    }
}

以上代码中，deepClone函数的参数 target 是要深拷贝的数据。

执行 target !== null && typeof target === 'object' 判断 target 是不是引用类型。

若不是，直接返回 target。

若是，创建一个变量 result 作为深拷贝的结果，遍历 target，执行 deepClone(target[k]) 把 target 每个属性的值深拷贝后赋值到深拷贝的结果对应的属性 result[k] 上，遍历完毕后返回 result。

在执行 deepClone(target[k]) 中，又会对 target[k] 进行类型判断，重复上述流程，形成了一个递归调用 deepClone 函数的过程。就可以层层遍历要拷贝的数据，不管要拷贝的数据有多少子属性，只要子属性的值的类型是引用类型，就会调用 deepClone 函数将其深拷贝后赋值到深拷贝的结果对应的属性上。

另外使用 for...in 循环遍历对象的属性时，其原型链上的所有属性都将被访问，如果只要只遍历对象自身的属性，而不遍历继承于原型链上的属性，要使用 hasOwnProperty 方法过滤一下。

在这里可以向面试官展示你的三个编程能力。

对原始类型和引用类型数据的判断能力。
对递归思维的应用的能力。
深入理解for...in的用法。

黄金段位

白银段位的代码中只考虑到了引用类型的数据是对象的情况，漏了对引用类型的数据是数组的情况。

function deepClone(target){
    if(target !== null && typeof target === 'object'){
        let result = Object.prototype.toString.call(target) === "[object Array]" ? [] : {};
        for (let k in target){
            if (target.hasOwnProperty(k)) {
                result[k] = deepClone(target[k])
            }
        }
        return result;
    }else{
        return target;
    }
}

以上代码中，只是额外增加对参数 target 是否是数组的判断。执行 Object.prototype.toString.call(target) === "[object Array]" 判断 target 是不是数组，若是数组，变量result 为 []，若不是数组，变量result 为 {}。

在这里可以向面试官展示你的两个编程能力。

正确理解引用类型概念的能力。
精确判断数据类型的能力。

铂金段位

假设要深拷贝以下数据 data

let data = {
    a: 1
};
data.f=data

执行 deepClone(data)，会发现控制台报错，错误信息如下所示。

这是因为递归进入死循环导致栈内存溢出了。根本原因是 data 数据存在循环引用，即对象的属性间接或直接的引用了自身。

function deepClone(target) {
    function clone(target, map) {
        if (target !== null && typeof target === 'object') {
            let result = Object.prototype.toString.call(target) === "[object Array]" ? [] : {};
            if (map[target]) {
                return map[target];
            }
            map[target] = result;
            for (let k in target) {
                if (target.hasOwnProperty(k)) {
                    result[k] = clone(target[k],map)
                }
            }
            return result;
        } else {
            return target;
        }
    }
    let map = new Map();
    const result = clone(target, map);
    map.clear();
    map = null;
    return result
}

以上代码中利用额外的变量 map 来存储当前对象和拷贝对象的对应关系，当需要拷贝当前对象时，先去 map 中找，有没有拷贝过这个对象，如果有的话直接返回，如果没有的话继续拷贝，这样就巧妙化解的循环引用的问题。

之所以采用 ES6 中 Map 数据结构，是因为相对于普通的 Object 结构，其键值不限于字符串，各种类型的值（包括对象）都可以当作键。换句话来说。Object 结构提供了“字符串——值”的对应，Map 结构提供了“值——值” 的对应。若采用 Object 结构，当 target 不是字符串时，那么其键值全部都是 [Object Object]，会引起混乱。

最后需要执行 map.clear();map = null; ，释放内存，防止内存泄露。

在这里可以向面试官展示你的三个编程能力。

对循环引用的理解，如何解决循环引用引起的问题的能力。
熟悉 ES6 中 Map 数据结构的概念及应用
对内存泄露的认识和避免泄露的能力。

砖石段位

该段位要考虑性能问题了。上面用 Map 来解决循环引用的问题。但是最后一定要执行 map.clear();map = null; ，释放内存，防止内存泄露。

也可以使用 WeakMap 来解决循环引用。WeakMap 数据结构和 Map 数据结构，有两点区别：

WeakMap 只接受对象作为键名（ null 除外），不接受其他类型的值作为键名。但是 target 正好符合要求故不影响。
WeakMap 的键名所指向的对象不计入垃圾回收机制。这里用下面的例子来解释。

let map = new WeakMap();
let obj = {a : 1}
map.set(obj , 1);

现代浏览器GC回收策略，采用计算引用次来回收，就是某个对象被引用的次数为 1，因为 map 中的键名 obj 和对象 obj 之间的引用是弱引用，也就是不计入引用次数，对象 obj 被引用的次数还是 1。当执行 obj = null后，执行GC回收时，对象 obj 被引用的次数变成 0 ，故会把 obj 所占的内存释放掉。

但是如果 map 是 Map 数据结构，因为 Map 的键名所引用的对象是强引用，就算执行 obj = null 后，再执行GC回收，Map 的键名 obj 对所引用的对象 obj 还是有引用，那么obj 被引用的次数还是 1，故 obj 所占的内存释放不掉。

所以使用 WeakMap 可以防止忘记把 map 置为 null 导致的内存泄漏。然而 WeakMap 这种弱引用，仅仅只是为了防止内存泄漏吗？其还有个特性，当执行 obj = null，相当对象 obj 被GC回收了，但是执行 map.get(obj) 得到的值还是 1。我们可以利用这个特性来做一下性能优化。

在深拷贝的代码中。是使用拷贝的对象作为键名的，设想一下，当拷贝的对象非常庞大时，导致 map 会占用很大的内存。

如果 map 使用 Map 数据结构，因为 Map 的键名所引用的对象是强引用，所以在浏览器定时执行GC回收时，除非手动清除 Map 这个键值对，才能把这个拷贝对象所占用的内存释放掉。

如果 map 使用 WeakMap 数据结构，因为 WeakMap 的键名所引用的对象是弱引用，所以在浏览器会定时执行GC回收，会直接把这个拷贝对象所占用的内存释放掉，那么这样是不是对内存占用减少，间接优化了代码运行性能。

此外在上面的代码中，我们遍历数组和对象都使用了 for...in 这种方式，实际上 for...in 在遍历时效率是非常低的，故用效率比较高的 while 来遍历。

function deepClone(target) {
    /**
     * 遍历数据处理函数
     * @array 要处理的数据
     * @callback 回调函数，接收两个参数 value 每一项的值 index 每一项的下标或者key。
    */
    function handleWhile(array, callback) {
        const length = array.length;
        let index = -1;
        while (++index < length) {
            callback(array[index], index)
        }
    }
    function clone(target, map) {
        if (target !== null && typeof target === 'object') {
            let result = Object.prototype.toString.call(target) === "[object Array]" ? [] : {};
            // 解决循环引用
            if (map.has(target)) {
                return map.get(target);
            }
            map.set(target, result);
            
            const keys = Object.prototype.toString.call(target) === "[object Array]" ? undefined : Object.keys(
                target);

            function callback(value, key) {
                if (keys) {
                    // 如果keys存在则说明value是一个对象的key，不存在则说明key就是数组的下标。
                    key = value;
                }
                result[key] = clone(target[key], map)
            }
            handleWhile(keys || target, callback)
            return result;
        } else {
            return target;
        }
    }
    let map = new WeakMap();
    const result = clone(target,map);
    map = null;
    return result
}

用 while 遍历的深拷贝记为 deepClone，把用 for ... in 遍历的深拷贝记为 deepClone1。利用 console.time() 和 console.timeEnd() 来计算执行时间。

let arr = [];
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    arr.push(i)
}
let data = {
    a: arr
};
console.time();
const result = deepClone(data);
console.timeEnd();
console.time();
const result1 = deepClone1(data);
console.timeEnd();

从上图明显可以看到用 while 遍历的深拷贝的性能远优于用 for ... in 遍历的深拷贝。

在这里可以向面试官展示你的五个编程能力。

熟悉 ES6 中 WeakMap 数据结构的概念及应用
具有优化代码运行性能的能力。
了解遍历的效率的能力。
了解 ++i 和 i++ 的区别。
代码抽象的能力。

星耀段位

在这个阶段应该考虑代码逻辑的严谨性。在上面段位的代码虽然已经满足平时开发的需求，但是还是有几处逻辑不严谨的地方。

判断数据不是引用类型时就直接返回 target，但是原始类型中还有 Symbol 这一特殊类型的数据，因为其每个 Symbol 都是独一无二，需要额外拷贝处理，不能直接返回。
判断数据是不是引用类型时不严谨，漏了 typeof target === function' 的判断。
只考虑了 Array、Object 两种引用类型数据的处理，引用类型的数据还有Function 函数、Date 日期、RegExp 正则、Map 数据结构、Set 数据机构，其中 Map 、Set 属于 ES6 的。

废话不多说，直接贴上全部代码，代码中有注释。

function deepClone(target) {
    // 获取数据类型
    function getType(target) {
        return Object.prototype.toString.call(target)
    }
    //判断数据是不是引用类型
    function isObject(target) {
        return target !== null && (typeof target === 'object' || typeof target === 'function');
    }
    //处理不需要遍历的应引用类型数据
    function handleOherData(target) {
        const type = getType(target);
        switch (type) {
            case "[object Date]":
                return new Date(target)
            case "[object RegExp]":
                return cloneReg(target)
            case "[object Function]":
                return cloneFunction(target)

        }
    }
    //拷贝Symbol类型数据
    function cloneSymbol(targe) {
        const a = String(targe); //把Symbol字符串化
        const b = a.substring(7, a.length - 1); //取出Symbol()的参数
        return Symbol(b); //用原先的Symbol()的参数创建一个新的Symbol
    }
    //拷贝正则类型数据
    function cloneReg(target) {
        const reFlags = /\w*$/;
        const result = new target.constructor(target.source, reFlags.exec(target));
        result.lastIndex = target.lastIndex;
        return result;
    }
    //拷贝函数
    function cloneFunction(targe) {
        //匹配函数体的正则
        const bodyReg = /(?<={)(.|\n)+(?=})/m;
        //匹配函数参数的正则
        const paramReg = /(?<=\().+(?=\)\s+{)/;
        const targeString = targe.toString();
        //利用prototype来区分下箭头函数和普通函数，箭头函数是没有prototype的
        if (targe.prototype) { //普通函数
            const param = paramReg.exec(targeString);
            const body = bodyReg.exec(targeString);
            if (body) {
                if (param) {
                    const paramArr = param[0].split(',');
                    //使用 new Function 重新构造一个新的函数
                    return new Function(...paramArr, body[0]);
                } else {
                    return new Function(body[0]);
                }
            } else {
                return null;
            }
        } else { //箭头函数
            //eval和函数字符串来重新生成一个箭头函数
            return eval(targeString);
        }
    }
    /**
     * 遍历数据处理函数
     * @array 要处理的数据
     * @callback 回调函数，接收两个参数 value 每一项的值 index 每一项的下标或者key。
     */
    function handleWhile(array, callback) {
        let index = -1;
        const length = array.length;
        while (++index < length) {
            callback(array[index], index);
        }
    }
    function clone(target, map) {
        if (isObject(target)) {
            let result = null;
            if (getType(target) === "[object Array]") {
                result = []
            } else if (getType(target) === "[object Object]") {
                result = {}
            } else if (getType(target) === "[object Map]") {
                result = new Map();
            } else if (getType(target) === "[object Set]") {
                result = new Set();
            }

            // 解决循环引用
            if (map.has(target)) {
                return map.get(target);
            }
            map.set(target, result);

            if (getType(target) === "[object Map]") {
                target.forEach((value, key) => {
                    result.set(key, clone(value, map));
                });
                return result;
            } else if (getType(target) === "[object Set]") {
                target.forEach(value => {
                    result.add(clone(value, map));
                });
                return result;
            } else if (getType(target) === "[object Object]" || getType(target) === "[object Array]") {
                const keys = getType(target) === "[object Array]" ? undefined : Object.keys(target);

                function callback(value, key) {
                    if (keys) {
                        // 如果keys存在则说明value是一个对象的key，不存在则说明key就是数组的下标。
                        key = value
                    }
                    result[key] = clone(target[key], map)
                }
                handleWhile(keys || target, callback)
            } else {
                result = handleOherData(target)
            }
            return result;
        } else {
            if (getType(target) === "[object Symbol]") {
                return cloneSymbol(target)
            } else {
                return target;
            }
        }
    }
    let map = new WeakMap;
    const result = clone(target, map);
    map = null;
    return result
}

在这里可以向面试官展示你的六个编程能力。

代码逻辑的严谨性。
深入了解数据类型的能力。
JS Api 的熟练使用的能力。
了解箭头函数和普通函数的区别。
熟练使用正则表达式的能力。
模块化开发的能力

王者段位

以上代码中还有很多数据类型的拷贝，没有实现，有兴趣的话可以在评论中实现一下，王者属于你哦！

总结

综上所述，面试官叫你实现一个深拷贝，其实是要考察你各方面的能力。例如

白银段位
- 对原始类型和引用类型数据的判断能力。
- 对递归思维的应用的能力。
黄金段位
- 正确理解引用类型概念的能力。
- 精确判断数据类型的能力。
铂金段位
- 对循环引用的理解，如何解决循环引用引起的问题的能力。
- 熟悉 ES6 中 Map 数据结构的概念及应用。
- 对内存泄露的认识和避免泄露的能力。
砖石段位
- 熟悉 ES6 中 WeakMap 数据结构的概念及应用。
- 具有优化代码运行性能的能力。
- 了解遍历的效率的能力。
- 了解 ++i 和 i++ 的区别。
- 代码抽象的能力。
星耀段位
- 代码逻辑的严谨性。
- 深入了解数据类型的能力。
- JS Api 的熟练使用的能力。
- 了解箭头函数和普通函数的区别。
- 熟练使用正则表达式的能力。
- 模块化开发的能力

所以不要去死记硬背一些手写代码的面试题，最好自己动手写一下，看看自己达到那个段位了。

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