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Java内部类this$0字段产生的一个bug

2024-07-05 15:44:06   222人阅读

        首先查看下面一段代码，我指出了问题代码的所在，读者先自己思考一下这段代码会有什么问题。

        这是用clone方法完整拷贝一个二项堆（BinomialHeap）结构的代码。二项堆中包含一个内部类BinomialHeapEntry，这个内部类的对象即二项堆中的每一个结点，除了包含结点对应的关键字外，还记录父节点parent，下一个兄弟结点sibling和第一个孩子结点child三个指针。二项堆的根表通过每棵二项树根节点的sibling指针链接。

        cloneBinomialTree(BinomialHeapEntry root)方法递归拷贝一个根节点（含根节点）下的整个二项树，clone方法中遍历根表中每个树根结点，拷贝对应的二项树，然后将新的head指针赋给拷贝后的新堆。

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public class BinomialHeap<E> implements Cloneable {
        transient BinomialHeapEntry head; // 根表中的第一个元素
        int size;                         // 整个二项堆的大小（结点数）
  
        private class BinomialHeapEntry {
        E element;
        transient BinomialHeapEntry parent = null, child = null,
                sibling = null;
        transient int degree = 0;
 
                private BinomialHeapEntry(E element) {
            this.element = element;
        }
 
                // 获得孩子结点的迭代器
                private Iterable<BinomialHeapEntry> children {...}
        }
 
        @Override
    public BinomialHeap<E> clone() {
        // TODO Auto-generated method stub
        BinomialHeap<E> clone;
        try {
            clone = (BinomialHeap<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
            throw new InternalError();
        }
         
        BinomialHeapEntry newHead = null, curRoot = null;
                // 遍历根表
        Iterator<HeapEntry<E>> rootIt = this.roots().iterator();
        while(rootIt.hasNext()){
            BinomialHeapEntry root = (BinomialHeapEntry) rootIt.next();
                        // 拷贝根节点下的整棵二项树<br>                        <span style="color: rgb(255, 0, 0);">// BUG引入的地方</span>
            BinomialHeapEntry newRoot = cloneBinomialTree(root);
            if(curRoot == null){
                newHead = newRoot;
            } else {
                curRoot.sibling = newRoot;
            }
            curRoot = newRoot;
        }
         
        clone.head = newHead;
        return clone;
    }
     
        // 拷贝根节点（含根节点）下的整棵子树
    private BinomialHeapEntry cloneBinomialTree(BinomialHeapEntry root){
        BinomialHeapEntry newRoot = new BinomialHeapEntry(root.element());
        BinomialHeapEntry curChild = null;
                // 遍历根节点的所有孩子结点
        Iterator<HeapEntry<E>> childIt = root.children().iterator();
        while(childIt.hasNext()){
            BinomialHeapEntry child = (BinomialHeapEntry) childIt.next();
            // 递归拷贝孩子节点下的子树
                        BinomialHeapEntry newChild = cloneBinomialTree(child);
            newChild.parent = newRoot;
            if(curChild == null){
                newRoot.child = newChild;
            } else {
                curChild.sibling = newChild;
            }
            curChild = newChild;
        }
        newRoot.degree = root.degree;
        return newRoot;
    }
 
}

　　先回顾一下Java内部类的一些知识，非静态的Java内部类作为外部类的一个成员，只能通过外部类的对象来访问，要创建一个内部类对象，也需要通过外部类对象来创建，即：outerObject.new InnerClass()。这时，所创建的内部类对象会产生名称为this$0的一个字段，该字段保存的是创建这个内部类对象的外部类对象引用，即刚才的outerObject。这个引用使得一个内部类对象可以自由的访问外部类的成员变量。

      在回顾上面二项堆拷贝的代码，在调用cloneBinomialTree方法拷贝二项树时，我们试图通过new BinomialHeapEntry()来创建一个新的结点，把新的结点作为新二项堆中的结点，但事实上我们实际调用的是this.new BinomialHeapEntry()，也就是说创建的新结点中，this$0是指向老的二项堆(this)而不是新的正在拷贝的二项堆(clone)。这使得我们得到拷贝的新二项堆之后，通过新二项堆的任一结点访问和修改整个堆的信息时，修改的都是老的二项堆，最后产生了一系列奇怪的结果。

      要想修复这个bug很简单，把clone方法中的BinomialHeapEntry newRoot = cloneBinomialTree(root)即红色注释下的语句，修改为BinomialHeapEntry newRoot = clone.cloneBinomialTree(root)。这样cloneBinomialTree方法中创建的结点都是通过clone对象创建，问题也就解决了。

      问题其实比较简单，这确实是以后在编程中值得注意的一点：拷贝内部类对象时考虑清楚拷贝后的对象this$0字段是否指向的是你希望指向的外部类对象。


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