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 int 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 int 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 int 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 int 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!");
}
}