如何寫出一個驚艷面試官的JavaScript深拷貝

更新時間：2022年05月10日 15:52:47 作者：抖音前端安全

淺拷貝是面試中經(jīng)常會被問到的問題,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于如何寫出一個驚艷面試官的JavaScript深拷貝的相關(guān)資料,文中通過實(shí)例代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

導(dǎo)讀

最近經(jīng)?？吹胶芏郕avaScript手寫代碼的文章總結(jié)，里面提供了很多JavaScript Api的手寫實(shí)現(xiàn)。

里面的題目實(shí)現(xiàn)大多類似，而且說實(shí)話很多代碼在我看來是非常簡陋的，如果我作為面試官，看到這樣的代碼，在我心里是不會合格的，本篇文章我拿最簡單的深拷貝來講一講。

看本文之前先問自己三個問題：

你真的理解什么是深拷貝嗎？
在面試官眼里，什么樣的深拷貝才算合格？
什么樣的深拷貝能讓面試官感到驚艷？

本文由淺入深，帶你一步一步實(shí)現(xiàn)一個驚艷面試官的深拷貝。

本文測試代碼：github.com/ConardLi/Co…

例如：代碼clone到本地后，執(zhí)行 node clone1.test.js查看測試結(jié)果。

建議結(jié)合測試代碼一起閱讀效果更佳。

深拷貝和淺拷貝的定義

深拷貝已經(jīng)是一個老生常談的話題了，也是現(xiàn)在前端面試的高頻題目，但是令我吃驚的是有很多同學(xué)還沒有搞懂深拷貝和淺拷貝的區(qū)別和定義。例如前幾天給我提issue的同學(xué)：

很明顯這位同學(xué)把拷貝和賦值搞混了，如果你還對賦值、對象在內(nèi)存中的存儲、變量和類型等等有什么疑問，可以看看我這篇文章：http://www.dbjr.com.cn/article/247559.htm 。

你只要少搞明白拷貝和賦值的區(qū)別。

我們來明確一下深拷貝和淺拷貝的定義：

淺拷貝：

創(chuàng)建一個新對象，這個對象有著原始對象屬性值的一份精確拷貝。如果屬性是基本類型，拷貝的就是基本類型的值，如果屬性是引用類型，拷貝的就是內(nèi)存地址，所以如果其中一個對象改變了這個地址，就會影響到另一個對象。

深拷貝：

將一個對象從內(nèi)存中完整的拷貝一份出來,從堆內(nèi)存中開辟一個新的區(qū)域存放新對象,且修改新對象不會影響原對象

話不多說，淺拷貝就不再多說，下面我們直入正題：

乞丐版

在不使用第三方庫的情況下，我們想要深拷貝一個對象，用的最多的就是下面這個方法。

JSON.parse(JSON.stringify());

這種寫法非常簡單，而且可以應(yīng)對大部分的應(yīng)用場景，但是它還是有很大缺陷的，比如拷貝其他引用類型、拷貝函數(shù)、循環(huán)引用等情況。

顯然，面試時你只說出這樣的方法是一定不會合格的。

接下來，我們一起來手動實(shí)現(xiàn)一個深拷貝方法。

基礎(chǔ)版本

如果是淺拷貝的話，我們可以很容易寫出下面的代碼：

function clone(target) {
    let cloneTarget = {};
    for (const key in target) {
        cloneTarget[key] = target[key];
    }
    return cloneTarget;
};

創(chuàng)建一個新的對象，遍歷需要克隆的對象，將需要克隆對象的屬性依次添加到新對象上，返回。

如果是深拷貝的話，考慮到我們要拷貝的對象是不知道有多少層深度的，我們可以用遞歸來解決問題，稍微改寫上面的代碼：

如果是原始類型，無需繼續(xù)拷貝，直接返回
如果是引用類型，創(chuàng)建一個新的對象，遍歷需要克隆的對象，將需要克隆對象的屬性執(zhí)行深拷貝后依次添加到新對象上。

很容易理解，如果有更深層次的對象可以繼續(xù)遞歸直到屬性為原始類型，這樣我們就完成了一個最簡單的深拷貝：

function clone(target) {
    if (typeof target === 'object') {
        let cloneTarget = {};
        for (const key in target) {
            cloneTarget[key] = clone(target[key]);
        }
        return cloneTarget;
    } else {
        return target;
    }
};

我們可以打開測試代碼中的clone1.test.js對下面的測試用例進(jìn)行測試：

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: 'ConardLi',
    field4: {
        child: 'child',
        child2: {
            child2: 'child2'
        }
    }
};

執(zhí)行結(jié)果：

這是一個最基礎(chǔ)版本的深拷貝，這段代碼可以讓你向面試官展示你可以用遞歸解決問題，但是顯然，他還有非常多的缺陷，比如，還沒有考慮數(shù)組。

考慮數(shù)組

在上面的版本中，我們的初始化結(jié)果只考慮了普通的object，下面我們只需要把初始化代碼稍微一變，就可以兼容數(shù)組了：

module.exports = function clone(target) {
    if (typeof target === 'object') {
        let cloneTarget = Array.isArray(target) ? [] : {};
        for (const key in target) {
            cloneTarget[key] = clone(target[key]);
        }
        return cloneTarget;
    } else {
        return target;
    }
};

在clone2.test.js中執(zhí)行下面的測試用例：

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: {
        child: 'child'
    },
    field4: [2, 4, 8]
};

執(zhí)行結(jié)果：

OK，沒有問題，你的代碼又向合格邁進(jìn)了一小步。

循環(huán)引用

我們執(zhí)行下面這樣一個測試用例：

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: {
        child: 'child'
    },
    field4: [2, 4, 8]
};
target.target = target;

可以看到下面的結(jié)果：

很明顯，因?yàn)檫f歸進(jìn)入死循環(huán)導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出了。

原因就是上面的對象存在循環(huán)引用的情況，即對象的屬性間接或直接的引用了自身的情況：

解決循環(huán)引用問題，我們可以額外開辟一個存儲空間，來存儲當(dāng)前對象和拷貝對象的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)需要拷貝當(dāng)前對象時，先去存儲空間中找，有沒有拷貝過這個對象，如果有的話直接返回，如果沒有的話繼續(xù)拷貝，這樣就巧妙化解的循環(huán)引用的問題。

這個存儲空間，需要可以存儲key-value形式的數(shù)據(jù)，且key可以是一個引用類型，我們可以選擇Map這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

檢查map中有無克隆過的對象
有 - 直接返回
沒有 - 將當(dāng)前對象作為key，克隆對象作為value進(jìn)行存儲
繼續(xù)克隆

function clone(target, map = new Map()) {
    if (typeof target === 'object') {
        let cloneTarget = Array.isArray(target) ? [] : {};
        if (map.get(target)) {
            return map.get(target);
        }
        map.set(target, cloneTarget);
        for (const key in target) {
            cloneTarget[key] = clone(target[key], map);
        }
        return cloneTarget;
    } else {
        return target;
    }
};

再來執(zhí)行上面的測試用例：

可以看到，執(zhí)行沒有報錯，且target屬性，變?yōu)榱艘粋€Circular類型，即循環(huán)應(yīng)用的意思。

接下來，我們可以使用，WeakMap提代Map來使代碼達(dá)到畫龍點(diǎn)睛的作用。

function clone(target, map = new WeakMap()) {
    // ...
};

為什么要這樣做呢？，先來看看WeakMap的作用：

WeakMap 對象是一組鍵/值對的集合，其中的鍵是弱引用的。其鍵必須是對象，而值可以是任意的。

什么是弱引用呢？

在計算機(jī)程序設(shè)計中，弱引用與強(qiáng)引用相對，是指不能確保其引用的對象不會被垃圾回收器回收的引用。一個對象若只被弱引用所引用，則被認(rèn)為是不可訪問（或弱可訪問）的，并因此可能在任何時刻被回收。

我們默認(rèn)創(chuàng)建一個對象：const obj = {}，就默認(rèn)創(chuàng)建了一個強(qiáng)引用的對象，我們只有手動將obj = null，它才會被垃圾回收機(jī)制進(jìn)行回收，如果是弱引用對象，垃圾回收機(jī)制會自動幫我們回收。

舉個例子：

如果我們使用Map的話，那么對象間是存在強(qiáng)引用關(guān)系的：

let obj = { name : 'ConardLi'}
const target = new Map();
target.set(obj,'code秘密花園');
obj = null;

雖然我們手動將obj，進(jìn)行釋放，然是target依然對obj存在強(qiáng)引用關(guān)系，所以這部分內(nèi)存依然無法被釋放。

再來看WeakMap：

let obj = { name : 'ConardLi'}
const target = new WeakMap();
target.set(obj,'code秘密花園');
obj = null;

如果是WeakMap的話，target和obj存在的就是弱引用關(guān)系，當(dāng)下一次垃圾回收機(jī)制執(zhí)行時，這塊內(nèi)存就會被釋放掉。

設(shè)想一下，如果我們要拷貝的對象非常龐大時，使用Map會對內(nèi)存造成非常大的額外消耗，而且我們需要手動清除Map的屬性才能釋放這塊內(nèi)存，而WeakMap會幫我們巧妙化解這個問題。

我也經(jīng)常在某些代碼中看到有人使用WeakMap來解決循環(huán)引用問題，但是解釋都是模棱兩可的，當(dāng)你不太了解WeakMap的真正作用時。我建議你也不要在面試中寫這樣的代碼，結(jié)果只能是給自己挖坑，即使是準(zhǔn)備面試，你寫的每一行代碼也都是需要經(jīng)過深思熟慮并且非常明白的。

能考慮到循環(huán)引用的問題，你已經(jīng)向面試官展示了你考慮問題的全面性，如果還能用WeakMap解決問題，并很明確的向面試官解釋這樣做的目的，那么你的代碼在面試官眼里應(yīng)該算是合格了。

性能優(yōu)化

在上面的代碼中，我們遍歷數(shù)組和對象都使用了for in這種方式，實(shí)際上for in在遍歷時效率是非常低的，我們來對比下常見的三種循環(huán)for、while、for in的執(zhí)行效率：

可以看到，while的效率是最好的，所以，我們可以想辦法把for in遍歷改變?yōu)閣hile遍歷。

我們先使用while來實(shí)現(xiàn)一個通用的forEach遍歷，iteratee是遍歷的回掉函數(shù)，他可以接收每次遍歷的value和index兩個參數(shù)：

function forEach(array, iteratee) {
    let index = -1;
    const length = array.length;
    while (++index < length) {
        iteratee(array[index], index);
    }
    return array;
}

下面對我們的cloen函數(shù)進(jìn)行改寫：當(dāng)遍歷數(shù)組時，直接使用forEach進(jìn)行遍歷，當(dāng)遍歷對象時，使用Object.keys取出所有的key進(jìn)行遍歷，然后在遍歷時把forEach會調(diào)函數(shù)的value當(dāng)作key使用：

function clone(target, map = new WeakMap()) {
    if (typeof target === 'object') {
        const isArray = Array.isArray(target);
        let cloneTarget = isArray ? [] : {};

        if (map.get(target)) {
            return map.get(target);
        }
        map.set(target, cloneTarget);

        const keys = isArray ? undefined : Object.keys(target);
        forEach(keys || target, (value, key) => {
            if (keys) {
                key = value;
            }
            cloneTarget[key] = clone2(target[key], map);
        });

        return cloneTarget;
    } else {
        return target;
    }
}

下面，我們執(zhí)行clone4.test.js分別對上一個克隆函數(shù)和改寫后的克隆函數(shù)進(jìn)行測試：

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: {
        child: 'child'
    },
    field4: [2, 4, 8],
    f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: { f: {} } } } } } } } } } } },
};

target.target = target;

console.time();
const result = clone1(target);
console.timeEnd();

console.time();
const result2 = clone2(target);
console.timeEnd();

執(zhí)行結(jié)果：

很明顯，我們的性能優(yōu)化是有效的。

到這里，你已經(jīng)向面試官展示了，在寫代碼的時候你會考慮程序的運(yùn)行效率，并且你具有通用函數(shù)的抽象能力。

其他數(shù)據(jù)類型

在上面的代碼中，我們其實(shí)只考慮了普通的object和array兩種數(shù)據(jù)類型，實(shí)際上所有的引用類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這兩個，還有很多，下面我們先嘗試獲取對象準(zhǔn)確的類型。

合理的判斷引用類型

首先，判斷是否為引用類型，我們還需要考慮function和null兩種特殊的數(shù)據(jù)類型：

function isObject(target) {
    const type = typeof target;
    return target !== null && (type === 'object' || type === 'function');
}

    if (!isObject(target)) {
        return target;
    }
    // ...

獲取數(shù)據(jù)類型

我們可以使用toString來獲取準(zhǔn)確的引用類型：

每一個引用類型都有toString方法，默認(rèn)情況下，toString()方法被每個Object對象繼承。如果此方法在自定義對象中未被覆蓋，toString() 返回 "[object type]"，其中type是對象的類型。

注意，上面提到了如果此方法在自定義對象中未被覆蓋，toString才會達(dá)到預(yù)想的效果，事實(shí)上，大部分引用類型比如Array、Date、RegExp等都重寫了toString方法。

我們可以直接調(diào)用Object原型上未被覆蓋的toString()方法，使用call來改變this指向來達(dá)到我們想要的效果。

function getType(target) {
    return Object.prototype.toString.call(target);
}

下面我們抽離出一些常用的數(shù)據(jù)類型以便后面使用：

const mapTag = '[object Map]';
const setTag = '[object Set]';
const arrayTag = '[object Array]';
const objectTag = '[object Object]';

const boolTag = '[object Boolean]';
const dateTag = '[object Date]';
const errorTag = '[object Error]';
const numberTag = '[object Number]';
const regexpTag = '[object RegExp]';
const stringTag = '[object String]';
const symbolTag = '[object Symbol]';

在上面的集中類型中，我們簡單將他們分為兩類：

可以繼續(xù)遍歷的類型
不可以繼續(xù)遍歷的類型

我們分別為它們做不同的拷貝。

可繼續(xù)遍歷的類型

上面我們已經(jīng)考慮的object、array都屬于可以繼續(xù)遍歷的類型，因?yàn)樗鼈儍?nèi)存都還可以存儲其他數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，另外還有Map，Set等都是可以繼續(xù)遍歷的類型，這里我們只考慮這四種，如果你有興趣可以繼續(xù)探索其他類型。

有序這幾種類型還需要繼續(xù)進(jìn)行遞歸，我們首先需要獲取它們的初始化數(shù)據(jù)，例如上面的[]和{}，我們可以通過拿到constructor的方式來通用的獲取。

例如：const target = {}就是const target = new Object()的語法糖。另外這種方法還有一個好處：因?yàn)槲覀冞€使用了原對象的構(gòu)造方法，所以它可以保留對象原型上的數(shù)據(jù)，如果直接使用普通的{}，那么原型必然是丟失了的。

function getInit(target) {
    const Ctor = target.constructor;
    return new Ctor();
}

下面，我們改寫clone函數(shù)，對可繼續(xù)遍歷的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行處理：

function clone(target, map = new WeakMap()) {
    // 克隆原始類型
    if (!isObject(target)) {
        return target;
    }

    // 初始化
    const type = getType(target);
    let cloneTarget;
    if (deepTag.includes(type)) {
        cloneTarget = getInit(target, type);
    }

    // 防止循環(huán)引用
    if (map.get(target)) {
        return map.get(target);
    }
    map.set(target, cloneTarget);

    // 克隆set
    if (type === setTag) {
        target.forEach(value => {
            cloneTarget.add(clone(value,map));
        });
        return cloneTarget;
    }

    // 克隆map
    if (type === mapTag) {
        target.forEach((value, key) => {
            cloneTarget.set(key, clone(value,map));
        });
        return cloneTarget;
    }

    // 克隆對象和數(shù)組
    const keys = type === arrayTag ? undefined : Object.keys(target);
    forEach(keys || target, (value, key) => {
        if (keys) {
            key = value;
        }
        cloneTarget[key] = clone(target[key], map);
    });
    return cloneTarget;
}

我們執(zhí)行clone5.test.js對下面的測試用例進(jìn)行測試：

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: {
        child: 'child'
    },
    field4: [2, 4, 8],
    empty: null,
    map,
    set,
};

執(zhí)行結(jié)果：

沒有問題，里大功告成又進(jìn)一步，下面我們繼續(xù)處理其他類型：

不可繼續(xù)遍歷的類型

其他剩余的類型我們把它們統(tǒng)一歸類成不可處理的數(shù)據(jù)類型，我們依次進(jìn)行處理：

Bool、Number、String、String、Date、Error這幾種類型我們都可以直接用構(gòu)造函數(shù)和原始數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個新對象：

function cloneOtherType(targe, type) {
    const Ctor = targe.constructor;
    switch (type) {
        case boolTag:
        case numberTag:
        case stringTag:
        case errorTag:
        case dateTag:
            return new Ctor(targe);
        case regexpTag:
            return cloneReg(targe);
        case symbolTag:
            return cloneSymbol(targe);
        default:
            return null;
    }
}

克隆Symbol類型：

function cloneSymbol(targe) {
    return Object(Symbol.prototype.valueOf.call(targe));
}

克隆正則：

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

實(shí)際上還有很多數(shù)據(jù)類型我這里沒有寫到，有興趣的話可以繼續(xù)探索實(shí)現(xiàn)一下。

能寫到這里，面試官已經(jīng)看到了你考慮問題的嚴(yán)謹(jǐn)性，你對變量和類型的理解，對JS API的熟練程度，相信面試官已經(jīng)開始對你刮目相看了。

克隆函數(shù)

最后，我把克隆函數(shù)單獨(dú)拎出來了，實(shí)際上克隆函數(shù)是沒有實(shí)際應(yīng)用場景的，兩個對象使用一個在內(nèi)存中處于同一個地址的函數(shù)也是沒有任何問題的，我特意看了下lodash對函數(shù)的處理：

 const isFunc = typeof value == 'function'
 if (isFunc || !cloneableTags[tag]) {
        return object ? value : {}
 }

可見這里如果發(fā)現(xiàn)是函數(shù)的話就會直接返回了，沒有做特殊的處理，但是我發(fā)現(xiàn)不少面試官還是熱衷于問這個問題的，而且據(jù)我了解能寫出來的少之又少。。。

實(shí)際上這個方法并沒有什么難度，主要就是考察你對基礎(chǔ)的掌握扎實(shí)不扎實(shí)。

首先，我們可以通過prototype來區(qū)分下箭頭函數(shù)和普通函數(shù)，箭頭函數(shù)是沒有prototype的。

我們可以直接使用eval和函數(shù)字符串來重新生成一個箭頭函數(shù)，注意這種方法是不適用于普通函數(shù)的。

我們可以使用正則來處理普通函數(shù)：

分別使用正則取出函數(shù)體和函數(shù)參數(shù)，然后使用new Function ([arg1[, arg2[, ...argN]],] functionBody)構(gòu)造函數(shù)重新構(gòu)造一個新的函數(shù)：

function cloneFunction(func) {
    const bodyReg = /(?<={)(.|\n)+(?=})/m;
    const paramReg = /(?<=\().+(?=\)\s+{)/;
    const funcString = func.toString();
    if (func.prototype) {
        console.log('普通函數(shù)');
        const param = paramReg.exec(funcString);
        const body = bodyReg.exec(funcString);
        if (body) {
            console.log('匹配到函數(shù)體：', body[0]);
            if (param) {
                const paramArr = param[0].split(',');
                console.log('匹配到參數(shù)：', paramArr);
                return new Function(...paramArr, body[0]);
            } else {
                return new Function(body[0]);
            }
        } else {
            return null;
        }
    } else {
        return eval(funcString);
    }
}

最后，我們再來執(zhí)行clone6.test.js對下面的測試用例進(jìn)行測試：

const map = new Map();
map.set('key', 'value');
map.set('ConardLi', 'code秘密花園');

const set = new Set();
set.add('ConardLi');
set.add('code秘密花園');

const target = {
    field1: 1,
    field2: undefined,
    field3: {
        child: 'child'
    },
    field4: [2, 4, 8],
    empty: null,
    map,
    set,
    bool: new Boolean(true),
    num: new Number(2),
    str: new String(2),
    symbol: Object(Symbol(1)),
    date: new Date(),
    reg: /\d+/,
    error: new Error(),
    func1: () => {
        console.log('code秘密花園');
    },
    func2: function (a, b) {
        return a + b;
    }
};

執(zhí)行結(jié)果：

最后

為了更好的閱讀，我們用一張圖來展示上面所有的代碼：

完整代碼：github.com/ConardLi/Co…

可見，一個小小的深拷貝還是隱藏了很多的知識點(diǎn)的。

千萬不要以最低的要求來要求自己，如果你只是為了應(yīng)付面試中的一個題目，那么你可能只會去準(zhǔn)備上面最簡陋的深拷貝的方法。

但是面試官考察你的目的是全方位的考察你的思維能力，如果你寫出上面的代碼，可以體現(xiàn)你多方位的能力：

基本實(shí)現(xiàn)
- 遞歸能力
循環(huán)引用
- 考慮問題的全面性
- 理解weakmap的真正意義
多種類型
- 考慮問題的嚴(yán)謹(jǐn)性
- 創(chuàng)建各種引用類型的方法，JS API的熟練程度
- 準(zhǔn)確的判斷數(shù)據(jù)類型，對數(shù)據(jù)類型的理解程度
通用遍歷：
- 寫代碼可以考慮性能優(yōu)化
- 了解集中遍歷的效率
- 代碼抽象能力
拷貝函數(shù)：
- 箭頭函數(shù)和普通函數(shù)的區(qū)別
- 正則表達(dá)式熟練程度

看吧，一個小小的深拷貝能考察你這么多的能力，如果面試官看到這樣的代碼，怎么能夠不驚艷呢？

其實(shí)面試官出的所有題目你都可以用這樣的思路去考慮。不要為了應(yīng)付面試而去背一些代碼，這樣在有經(jīng)驗(yàn)的面試官面前會都會暴露出來。你寫的每一段代碼都要經(jīng)過深思熟慮，為什么要這樣用，還能怎么優(yōu)化...這樣才能給面試官展現(xiàn)一個最好的你。