Java内部类this$0字段产生的一个bug

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。


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>// 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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