前端面试手写代码系列(一): 深克隆方法

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大家好，我是晚天。

手写代码是前端面试中必不可少的环节，常见的手写代码题也基本是可枚举的。网上也有很多面经文章会讲到手写代码，但是大都不够全面、不够深度，有些低质量文章甚至会误导初学者。因此，计划出一个【前端手写代码】系列文章，全面深度的讲解下常见的前端面试手写代码题，并通过手写代码题，延伸讲解下背后面试官想要考察的基础能力。为了保障尽量全面深度，本系列文章会参考其他优秀文章，参考文章会附到参考资料中。

今天从深克隆开始讲起，深克隆是前端面试中非常高频的手写代码题，本文将用逐步优化的方式一步步带大家写出一个更好的代码实现，并延伸出面试官想要考察的知识点。

要理解深克隆和浅克隆的不同，需要先理解 JavaScript 中的基础类型和引用类型的区别。

在 JavaScript 中有两种不同的数据类型：基础类型和引用类型。

基础类型有 Number、Boolean、String、Symbol、Null 和 Undefined；

引用类型有 Object、Array、Function 等。

基础类型的传递方式均为按值传递，引用类型的传递方式均为按引用传递。

按值传递（Passing by value）意味着每次赋值给一个变量，都会将值的拷贝赋值给这个变量；

以下例子，可以形象的解释按值传递的过程。

将 a 赋值给 b，会将 a 的值的拷贝赋值给 b。当对 b 进行重新赋值时，不会对 a 产生任何影响。所以最终 a !== b。

按引用传递（Passing by reference），则只会传递对对象的引用，而不是对象的拷贝。引用相同的两个对象，修改任何一个对象，都会影响对方。

如下，x 是一个数组 Array 类型，Array 类型是一个引用类型，Array 类型本质上是 Object 类型的子类型，遵循按引用传递。变量 x 赋值给变量 y，只会将 x 的引用传递给 y。此时，x 和 y 拥有对同一个数组共同的引用。

如下面例子，修改 x 和 y 任意一个变量，均会影响另一个，因为 x 和 y 拥有对同一个数组的引用：

深克隆和浅克隆的区别在于，浅克隆在复制引用类型对象时，会将同一个引用传递给新的克隆对象；深克隆在复制引用类型对象时，则会将引用类型的值的拷贝传递给新的克隆对象。因为浅克隆无需对对象类型的值进行拷贝，因此相较深克隆性能更好。

两张图来解释浅克隆和深克隆的不同：

浅克隆：

深克隆：

理解了深克隆和浅克隆的概念以及不同，我们现在来正式手写代码实现深克隆。

实现深克隆，最简单的方式是使用 JSON.parse(JSON.stringify(target)) 的方式，但是这种方式有明显的缺陷，比如：

因此，我们需要手动实现一个深克隆方法。

首先，我们来实现一个浅克隆，通过遍历的方式实现对目标对象的克隆。

如果要实现一个深克隆，我们需要基于以上实现新增两个逻辑：

上述实现，在面对对象类型的引用类型时，基本是可以满足需求的。但是如果是数组类型呢？上述实现会将数组也转化为对象。因此，我们接下来考虑兼容数组。

当我们考虑数组时，就会涉及到一个新的知识点，如何判断数组类型。

JavaScript 的类型判断，有以下几种方式：

这里，可能有初学者会使用 typeof 来判断类型，但是 typeof 是无法判断数组类型的。

typeof 的返回类型如下：

数组的 typeof 的返回值也是 object。

接下来，我们在代码实现中考虑数组类型的情况。

如果当一个对象存在循环引用时，使用上述实现，会怎样呢？

执行上述代码，我们将得到如下结果。

因为 obj 中存在循环引用，所以对 cloneDeep 的调用将无限循环下去，最终导致内存溢出。

要解决上述问题，我们需要一个存储空间来存储当前对象和拷贝对象的关系，如果当前对象已经被拷贝过，则直接返回存储的拷贝对象，如果没有被拷贝过，则进行拷贝，并将拷贝对象存储到存储空间中。这个存储空间需要是 key-value 形式的，因此我们选择 Map 进行存储。

使用 Map 的实现方式如下：

重新拷贝上述存在循环引用的对象 obj，得到如下结果：

存在循环引用的对象已可以正常深克隆。

熟悉 ES6 的同学肯定已经想到了 Map 的孪生姊妹 WeakMap。此处，我们可以使用 WeakMap 对我们的实现继续进行优化。

WeakMap 是弱引用的键值对集合，键值必须是对象，值可以是任意类型。和 Map 的区别就在于 Map 是强引用，WeakMap 是弱引用。

与Map对象不同的是，WeakMap的键是不可枚举的。不提供列出其键的方法

什么是弱引用呢？弱引用意味着在没有其他引用的情况下，弱引用的对象可以被垃圾回收机制回收。如果一个对象只有弱引用存在，则该对象会在下一次垃圾回收机制执行时被回收。

当我们在深克隆一个很大的对象时，使用 Map 将造成很大的性能损耗，我们必须手动清楚 Map 的键值来释放内存。WeakMap 则不会有这个问题。

上述实现中，我们获取对象的 key 使用的方法是 for...in，但是 for...in 有个问题，它会获取到原型链上所有除 Symbol 以外的可枚举属性。对于深克隆来说，只需要克隆对象本身的属性即可，不需要克隆原型链上的非自身属性。那如何获取对象本身属性呢？

获取对象自身属性有以下几种方式：

可见，如果我们的目标是获取对象自身的所有属性，Object.getOwnPropertyNames() 是一个合适的方法。

基于上述分析，对我们的实现继续进行优化。

在上述实现中，引用类型我们只考虑了普通对象和数组。事实上，引用类型远远不止这两个，比如 String、Number、Boolean、RegExp、Date、Map、Set、Error 等。

我们如何获取到真实的引用类型呢？通过 Object.prototype.toString 方法，我们可以观察到各种不同对象实例的 toString 都会遵循相同的格式输出。

因此，可以通过以下方法：

其中 Symbol 类型需要特别注意一下：

symbol 是一种基本数据类型（primitive data type）。Symbol() 函数会返回 symbol 类型的值，该类型具有静态属性和静态方法。它的静态属性会暴露几个内建的成员对象；它的静态方法会暴露全局的 symbol 注册，且类似于内建对象类，但作为构造函数来说它并不完整，因为它不支持语法："new Symbol()"。

可以通过如下方式创建 Symbol 类型的数据：

不能通过 new Symbol() 的方式创建 Symbol 类型，因为 Symbol 不是构造函数。

如果真的想创建 Symbol 对象，可以通过如下方式：

接下来，我们来支持 Map、Set、RegExp、Number、String、Boolean、Date、Error、Null类型和 Symbol 对象类型。其中 Symbol 对象类型，指的是通过 Object(Symbol()) 方式创建的 Symbol 类型。

基于上述优化，我们最终实现了尽可能兼容各种情况的深克隆方法，并通过测试验证功能正确性：

前文中，我们通过对深克隆方法的不断优化，延伸学习了以下知识点：

通过上文，我们不断对深克隆的方法进行优化，逐步支持了所有基础类型（number/boolean/string/undefined/bigint/function/symbol）、引用类型（Object/Array/Map/Set/Symbol/Error/Regex/Number/String/Boolean/Date/Null）的支持，并且考虑到对原型链、循环引用等情况的兼容。

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