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    語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用

    首先,推薦對Java有一定理解的同仁一本書《Practical Java》。在《Practical Java》中也有一個章節介紹Java中關于傳值和傳引用的問題,堪稱經典。《Practical Java》在Java中,事實上底層工作原理不存在傳引用的概念,這也象《Practical Java》中所說的那樣,Java中只有傳值。這句話理解起來需要費一定的周折。

          熟悉C的程序員都用過指針,對指針可謂愛之深恨之切。指針是指向一塊內存地址的內存數據(有些拗口),也就是說指針本身是一個占用4字節內存的int(32 位系統內),而這個int值恰恰又是另一塊內存的地址。比如"hello"這個字串,存放在@0x0000F000這個地址到@0x0000F005這段內存區域內(包括0x00的結束字節)。而在@0x0000FFF0到@0x0000FFF03這四個字節內存放著一個int,這個int的值是 @0x0000F000。這樣就形成了一個指向"hello"字串的指針。

          在Java中,很多人說沒有指針,事實上,在Java更深層次里,到處都是大師封裝好的精美絕倫的指針。為了更容易的講解Java中關于類和類型的調用,Java中出現了值與引用的說法。淺顯的來說,我們可以認為Java中的引用與C中的指針等效(其實差別非常非常大,但是為了說明我們今天的問題,把他們理解為等效是沒有任何問題的)。

          所謂傳引用的說法是為了更好的講解調用方式。基于上面對指針的理解,我們不難看出,指針其實也是一個int值,所謂傳引用,我們是復制了復制了指針的int值進行傳遞。為了便于理解,我們可以姑且把指針看作一種數據類型,透明化指針的int特性,從而提出傳引用的概念。

          重申一遍:Java中只有傳值。

          1所謂傳值和傳引用

          傳值和傳引用的問題一直是Java里爭論的話題。與C++不同的,Java里面沒有指針的概念,Java的設計者巧妙的對指針的操作進行了管理。事實上,在懂C++的Java程序員眼中,Java到處都是精美絕倫的指針。
    下面舉個簡單的例子,說明什么是傳值,什么是傳引用。
    //例1
    void method1(){
    int x=0;
    this.change(x);
    System.out.println(x);
    }

    void change(int i){
    i=1;
    }

          很顯然的,在mothod1中執行了change(x)后,x的值并不會因為change方法中將輸入參數賦值為1而變成1,也就是說在執行change(x)后,x的值z依然是0。這是因為x傳遞給change(int i)的是值。這就是最簡單的傳值。
    同樣的,進行一點簡單的變化。
    //例2
    void method1(){
    StringBuffer x=new StringBuffer("Hello");
    this.change(x);
    System.out.println(x);
    }

    void change(StringBuffer i){
    i.append(" world!");
    }
          看起來沒什么變化,但是這次mothed1中執行了change (x)后,x的值不再是"Hello"了,而是變成了"Hello world!"。這是因為x傳遞給change(i)的是x的引用。這是最經典的傳引用。
    似乎有些奇怪了,兩段程序沒有特別的不同,可是為什么一個傳的是值而另一個傳的是引用呢?......

          2非要搞清楚傳值還是傳引用的問題嗎?

          搞清楚這自然是有必要的,不然我也不需要寫這么多了,不過的確沒有到"非要"的地步。


          首先,如果我們不太關心什么是傳值什么是傳引用,我們一樣能寫出漂亮的代碼,但是這些代碼在運行過程中可能會存在著極大的隱患。全局變量是讓大家深惡痛絕(又難以割舍)的東西,原因就是使用全局變量要特別注意數據的保護。如果在多線程的程序里使用全局變量簡直就等于跟自己過不去。不了解傳值和傳引用的問題,跟使用全局變量不考慮數據保護的罪過是不相上下下的,甚至有時候比它還要糟。你會莫名其妙,為什么我的返回參數沒有起作用,為什么我傳進去的參數變成了這樣......?
    一個例子:
    //例3
    void mothed1(){
    int x=0;
    int y=1;
    switchValue(x,y);
    System.out.println("x="+x);
    System.out.println("y="+y);
    }
    void switchValue(int a,int b){

    int c=a;
    a=b;
    b=c;
    }
          上面是一個交換a,b值的函數,看起來似乎蠻正確的,但是這個函數永遠也不會完成你想要的工作。
          還有一個例子:
    //例4
    StringBuffer a=new StringBuffer("I am a ");
    StringBuffer b=a;
    a.append("after append");
    a=b;
    System.out.println("a="+a);
    在編程過程中,經常會遇到這種情況,一個變量的值要被臨時改變一下,等用完之后再恢復到開始的值。就好像上面的例子,a為了保持它的值,使用b=a做賦值,之后a被改變,再之后a把暫存在b里面的值取回來。這是我們一廂情愿的想法,而事實上,這段代碼執行后,你會發現a的值已經改變了。
    以上是兩個最簡單的例子,真正的程序開發過程中,比這要復雜的情況每天都會遇到。

          3類型和類

          Java 提出的思想,在Java里面任何東西都是類。但是Java里面同時還有簡單數據類型int,byte,char,boolean,與這些數據類型相對應的類是Integer,Byte,Character,Boolean,這樣做依然不會破壞Java關于任何東西都是類的提法。這里提到數據類型和類似乎和我們要說的傳值和傳引用的問題無關,但這是我們分辨傳值和傳引用的基礎。

          4試圖分辨傳值還是傳引用

          為什么是"試圖分辨"呢?很簡單,傳值和傳引用的問題無處不在,但是似乎還沒有人能正統的給出標準,怎樣的就是值拷貝調用,怎樣的就是引用調用。面對這個問題,我們更多的應該是來自平時積累對Java的理解。
          回過頭來,我們分析一下上面的幾個例子:
          先看例1,即使你不明白為什么,但是你應該知道這樣做肯定不會改變x的值。為了方便說明,我們給例子都加上行號。
    //例1
    1 void method1(){
    2   int x=0;
    3   this.change(x);
    4 }
    5
    6 void change(int i){
    7 i=7;
    8}
          讓我們從內存的存儲方式看一下x和I之間到底是什么關系。
          在執行到第2行的時候,變量x指向一個存放著int 0的內存地址。

          變量x---->[存放值0]

          執行第3行調用change(x)方法的時候,內存中是這樣的情形:x把自己值在內存中復制一份,然后變量i指向這個被復制出來的0。

          變量x---->[存放值0]
                            ↓進行了一次值復制
          變量x---->[存放值0]

          這時候再執行到第7行的時候,變量i的被賦值為7,而這一步的操作已經跟x沒有任何關系了。

          變量x---->[存放值0]
                 
          變量x---->[存放值7]

          說到這里應該已經理解為什么change(x)不能改變x的值了吧?因為這個例子是傳值的。
    那么,試著分析一下為什么例三中的switchValue()方法不能完成變量值交換的工作?
    再看例2。
    //例2
    1void method1(){
    2 StringBuffer x=new StringBuffer("Hello");
    3 this.change(x);
    4}
    5
    6void change(StringBuffer i){
    7 i.append(" world!");
    8}
          例2似乎和例1從代碼上看不出什么差別,但是執行結果卻是change(x)能改變x的值。依然才從內存的存儲角度來看看例2的蹊蹺在哪里。
    在執行到第2行時候,同例1一樣,x指向一個存放"Hello"的內存空間。

          變量x---->[存放值"Hello"]

          接下來執行第三行change(x),注意,這里就與例1有了本質的不同:調用change(x)時,變量i也指向了x指向的內存空間,而不是指向x的一個拷貝。

          變量x "
                  -->[存放值"Hello"]
          變量x /

          于是,第7行對i調用append方法,改變i指向的內存空間的值,x的值也就隨之改變了。

          變量x "
                  -->[追加為"Hello World!"]
          變量x /

          為什么x值能改變呢?因為這個例子是傳引用的。
    這幾個例子是明白了,可是很多人會開始有另一個疑問了:這樣看來,到底什么時候是傳的值什么時候是傳得引用呢?于是,我們前面講到的類型和類在這里就派上了用場對于參數傳遞,如果是簡單數據類型,那么它傳遞的是值拷貝,對于類的實例它傳遞的是類的引用。需要注意的是,這條規則只適用于參數傳遞。為什么這么說呢?我們看看這樣一個例子:
    //例5
    String str="abcdefghijk";
    str.replaceAll("b","B");
          這兩句執行后,str的內容依然是"abcdefghijk",但是我們明明是對str操作的,為什么是這樣的呢?因為str的值究竟會不會被改變完全取決于replaceAll這個方法是怎么實現的。類似的,有這樣一個例子:
    //例6
    1 void method1() {
    2 StringBuffer x = new StringBuffer("Hello");
    3 change1(x);
    4 System.out.println(x);
    5 }
    6
    7 void method2() {
    8 StringBuffer x = new StringBuffer("Hello");
    9 change2(x);
    10 System.out.println(x);
    11 }
    12
    13 void change1(StringBuffer sb) {
    14 sb.append(" world!");
    15 }
    16
    17 void change2(StringBuffer sb) {
    18 sb = new StringBuffer("hi");
    19 sb.append(" world!");
    20 }
          調用method1(),屏幕打印結果為:"Hello world!"
    調用method2(),我們認為結果應該是"hi world",因為sb傳進來的是引用。可是實際執行的結果是"Hello"!
    難道change2()又變成傳值了?!其實change1()和change2()的確都是通過參數傳入引用,但是在方法內部因為處理方法的不同而使結果大相徑庭。我們還是從內存的角度分析:
    執行method1()和change1()不用再多說了,上面的例子已經講解過,這里我們分析一下method2()和change2()。
          程序執行到第8行,x指向一個存放著"Hello"的內存空間。

          變量x---->[存放值"Hello"]

          第9行調用change2,將sb指向x指向的內存空間,也就是傳入x的引用。

          變量x "
                  -->[存放值"Hello"]
          變量x /

          到這里為止還沒有什么異樣,接下來執行18行,這里就出現了類似傳入值拷貝的變化:new 方法并沒有改變sb指向內存的內容,而是在內從中開辟了一塊新的空間存放串"hi",同時sb指向了這塊空間。

          變量x---->[存放值"Hello"]
                ×原有的引用被切斷
          變量x---->[另一塊存放"hi"的空間]

          接下來再對sb進行append已經和x沒有任何關系了。
    所以,還有一條不成規則的規則:對于函數調用,最終效果是什么完全看函數內部的實現。比較標準的做法是如果會改變引用的內容,則使用void作為方法返回值,而不會改變引用內容的則在返回值中返回新的值。
    雖然已經說了這么多,但是感覺傳值還是傳引用的問題依然沒有完全說清楚。因為這個問題本身就是很難歸納總結的問題,所以更多的理解要靠平時的積累和形成。下面幾個例子,給大家嘗試進行分析。
    //例7,打印結果是什么?
    public static void main(String[] args) {
    int a;
    int b;
    StringBuffer c;
    StringBuffer d;
    a = 0;
    b = a;
    c = new StringBuffer("This is c");
    d = c;

    a = 2;
    c.append("!!");

    System.out.println("a=" + a);
    System.out.println("b=" + b);
    System.out.println("c=" + c);
    System.out.println("d=" + d);
    }

    //例8,打印結果是什么?
    public class Test{

            public static void main(String[] args) {

             StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello ");

             System.out.println("Before change, sb = " + sb);

             changeData(sb);

             System.out.println("After changeData(n), sb = " + sb);

         }

         

            public static void changeData(StringBuffer strBuf) {

                StringBuffer sb2 = new StringBuffer("Hi ");

                strBuf = sb2;

                sb2.append("World!");

         }

    }

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    posted on 2009-03-24 18:21 lau 閱讀(1813) 評論(5)  編輯  收藏 所屬分類: J2SE

    Feedback

    # re: 語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用 2009-03-24 19:31 witbrave

    “×原有的引用被切斷”,原來是這么回事,這個應該標紅色。這個用C++/C中指針的用法也是一樣的作用吧。看你研究得那么深,請問一下,參數傳遞時的“拷貝”(一種低效率的做法)在Java中是否存在,何時發生?  回復  更多評論   

    # re: 語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用 2009-03-26 15:57 lau

    對基本數據類型賦值存儲了實際的值,而并非指向一個對象。
    參數拷貝是不存在的,應該說成是值拷貝  回復  更多評論   

    # re: 語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用 2010-04-20 11:16 lau

    基本類型的表面特征就是第一個字母小寫。
    8種byte char short int long float double boolean  回復  更多評論   

    # re: 語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用 2010-04-20 11:32 lau

    String就相當于是char[]的包裝類。包裝類的特質之一就是在對其值進行操作時會體現出其對應的基本類型的性質。在參數傳遞時對這些包裝類的值操作實際上都是通過對其對應的基本類型操作而實現的。在參數傳遞時,包裝類采用的是傳值的方式,而不是傳地址的方式,所以函數中的值改變并不會影響原來的值。  回復  更多評論   

    # re: 語言深入:java中究竟是傳值還是傳引用 2011-03-07 19:02 lau

    這種講法不夠科學,在Nicholas的javascript for web developers中講得比較科學  回復  更多評論   

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