Клонирование и интерфейс ICloneable

Клонированием называется процесс создания копии объекта, а копия объекта называется его клоном. Различают два типа клонирования: поверхностное (shallow) и глубокое (deep). При поверхностном клонировании копируется сам объект. Все значимые поля клона получают значения, совпадающие со значениями полей объекта; все ссылочные поля клона являются ссылками на те же объекты, на которые ссылается и сам объект. При глубоком клонировании копируется вся совокупность объектов, связанных взаимными ссылками. Представьте себе мир объектов, описывающих людей. У этих объектов могут быть ссылки на детей и родителей, учителей и учеников, друзей и родственников. В текущий момент может существовать большое число таких объектов, связанных ссылками. Достаточно выбрать один из них в качестве корня, и при его клонировании воссоздастся копия существующей структуры объектов.

Глубокое клонирование требует рекурсивной процедуры обхода существующей структуры объектов, тщательно отработанной во избежание проблемы зацикливания. В общем случае, когда есть несколько классов, являющихся взаимными клиентами, глубокое клонирование требует наличия в каждом классе рекурсивной процедуры. Эти процедуры взаимно вызывают друг друга. Я не буду в этой лекции приводить примеры, хотя среди проектов, поддерживающих книгу, есть и проект, реализующий глубокое клонирование, где объекты разных классов связаны взаимными ссылками.

Поверхностное клонирование можно выполнить достаточно просто. Наиболее простой путь - клонирование путем вызова метода MemberwiseClone, наследуемого от прародителя object. Единственное, что нужно помнить: этот метод защищен, он не может быть вызван у клиента класса. Поэтому клонирование нужно выполнять в исходном классе, используя прием обертывания метода.

Давайте обеспечим эту возможность для класса Person, создав в нем соответствующий метод:

public Person StandartClone(){ Person p = (Person)this.MemberwiseClone(); return(p);}

Теперь клиенты класса могут легко создавать поверхностные клоны. Вот пример:

public void TestStandartClone(){ Person mother = new Person("Петрова Анна"); Person daughter = new Person("Петрова Ольга"); Person son = new Person("Петров Игорь"); mother[0] = daughter; mother[1] = son; Person mother_clone = mother.StandartClone(); Console.WriteLine("Дети матери: {0}",mother.Fam); Console.WriteLine (mother[0].Fam); Console.WriteLine (mother[1].Fam); Console.WriteLine("Дети клона: {0}",mother_clone.Fam); Console.WriteLine (mother_clone[0].Fam); Console.WriteLine (mother_clone[1].Fam); }

При создании клона будет создана копия только одного объекта mother. Обратите внимание: при работе с полем children, задающим детей, используется индексатор класса Person, выполняющий индексацию по этому полю. Вот как выглядят результаты работы теста.

Рис. 19.5. Поверхностное клонирование

Если стандартное поверхностное клонирование нас не устраивает, то класс можно объявить наследником интерфейса ICloneable и реализовать метод Clone - единственный метод этого интерфейса. В нем можно реализовать полное глубокое клонирование или подходящую для данного случая модификацию.

Давайте расширим наш класс, придав ему родительский интерфейс ICloneable. Реализация метода Clone будет отличаться от стандартной реализации тем, что к имени объекта - полю Fam - будет приписываться слово "clone". Вот как выглядит этот метод:

public object Clone(){ Person p = new Person(this.fam + "_clone"); //копирование полей p.age = this.age; p.children = this.children; p.count_children = this.count_children; p.health = this.health; p.salary = this.salary; p.status = this.status; return (p);}

Эта реализация является слегка модифицированной версией стандартного поверхностного клонирования. Я добавил несколько строчек в тестирующую процедуру для проверки работы этой версии клона:

Person mother_clone2 = (Person)mother.Clone(); Console.WriteLine("Дети клона_2: {0}",mother_clone2.Fam); Console.WriteLine (mother_clone2[0].Fam); Console.WriteLine (mother_clone2[1].Fam);

Все работает должным образом.

Сериализация объектов

При работе с программной системой зачастую возникает необходимость в сериализации объектов. Под сериализацией понимают процесс сохранения объектов в долговременной памяти (файлах) в период выполнения системы. Под десериализацией понимают обратный процесс - восстановление состояния объектов, хранимых в долговременной памяти. Механизмы сериализации C# и Framework .Net поддерживают два формата сохранения данных - в бинарном файле и XML-файле. В первом случае данные при сериализации преобразуются в бинарный поток символов, который при десериализации автоматическипреобразуется в нужное состояние объектов. Другой возможный преобразователь (SOAP formatter) запоминает состояние объекта в формате xml.

Сериализация позволяет запомнить рубежные состояния системы объектов с возможностью последующего возвращения к этим состояниям. Она необходима, когда завершение сеанса работы не означает завершение вычислений. В этом случае очередной сеанс работы начинается с восстановления состояния, сохраненного в конце предыдущего сеанса работы. Альтернативой сериализации является работа с обычной файловой системой, с базами данных и другими хранилищами данных. Поскольку механизмы сериализации, предоставляемые языком C#, эффективно поддерживаются .Net Framework, то при необходимости сохранения данных значительно проще и эффективнее пользоваться сериализацией, чем самому организовывать их хранение и восстановление.

Еще одно важное применение сериализации - это обмен данными удаленных систем. При удаленном обмене данными предпочтительнее формат xml из-за открытого стандарта передачи данных в Интернете по soap-протоколу, из-за открытого стандарта на структуру xml-документов. Обмен становится достаточно простым даже для систем, построенных на разных платформах и в разных средах разработки.

Так же, как и клонирование, сериализация может быть поверхностной, когда сериализуется на одном шаге единственный объект, и глубокой, когда, начиная с корневого объекта, сериализуется совокупность объектов, связанных взаимными ссылками (граф объектов). Глубокую сериализацию, часто обязательную, самому организовать непросто, так как она требует, как правило, рекурсивного обхода структуры объектов.

Если класс объявить с атрибутом [Serializable], то в него встраивается стандартный механизм сериализации, поддерживающий, что крайне приятно, глубокую сериализацию. Если по каким-либо причинам стандартная сериализация нас не устраивает, то класс следует объявить наследником интерфейса ISerialzable, реализация методов которого позволит управлять процессом сериализации. Мы рассмотрим обе эти возможности.

19. Лекция: Интерфейсы. Множественное наследование

19.6