Java 是值传递还是引用传递

Posted 2022-12-03 Eli Shaw

    最近整理面试题，整理到值传递、引用传递，到网上搜了一圈，争议很大。带着一脸蒙圈，线上线下查了好多资料。最终有所收获，所以分享给大家，希望能对你有所帮助。
    首先说下我的感受，这个题目出的很好，但是在 Java 中这个题目是有问题的(在下面我会解释)。并且，有很多结论是 Java 中只有 值传递。我认为这样说不够严谨。当然如果针对 Java 语言本身来讲，Java 中只有 值传递，没有引用传递，是正确的。但是如果针对 值传递，引用传递的定义来说，Java 中还是有引用传递的。下面来分析：

一、值传递、引用传递定义

    在深入分析问题之前，先让初问者简单明白一下什么是值传递，引用传递。我先用 Java 代码解释：

public class StringBase 

    public static void main(String[] args) 
        int c = 66; //c 叫做实参
        String d = "hello"; //d 叫做实参

        StringBase stringBase = new StringBase();
        stringBase.test5(c, d); // 此处 c 与 d 叫做实参

        System.out.println("c的值是：" + c + " --- d的值是：" + d);
    
    
    public void test5(int a, String b)  // a 与 b 叫做形参
        a = 55;
        b = "no";
    

【运行结果】
c的值是：66 --- d的值是：hello

可以看出通过方法传递后，int 类型与 String 类型的原值并没有受到前面 test5 方法执行后的影响，还是输出了原值。这种形为通常被说成值传递。如果原值经过 test5 方法后被改变了，这种形为通常被描述为引用传递。

定义

    值传递：指在调用函数时将实际参数复制一份传递到函数中，这样在函数中如果对参数进行修改，将不会影响到实际参数。
    引用传递：是指在调用函数时将实际参数的地址直接传递到函数中(的形参)，那么在函数中对参数所进行的修改，将影响到实际参数。
    引用传递：形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。(下面文章中 C++ 的定义,我觉得这样说更精简形象一些，所以放了两个定义，其实意思是一样的)

    以上，就是相关的定义，大家对这个定义几乎没有分歧，但是我建议大家，有必要去看看 C++ 中 值传递、引用传递的定义。因为在 C++ 中有三个定义：值传递、引用传递、指针传递，推荐一个地址： C++ 值传递、指针传递、引用传递详解

//引用传递
void change2(int &n) 
    cout << "引用传递--函数操作地址" << &n << endl;
    n++;

    我们看上边 C++ 引用传递的代码，使用的 & 操作符。& 操作符在 C++ 中被定义为"引用"，引用在 C++ 中的定义是“引用就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样”，再看引用其中的一个描述：“声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，它本身不是一种数据类型，因此引用本身不占存储单元，系统也不给引用分配存储单元”。因此这引用的概念在 Java 中根本不存在。Java 中哪有给变量起个别名的！！！
    因此说，这个题出的就有问题，在 Java 官方中我一直没有找到明确的证据说“Java 中 值传递、引用传递 的定义”我所看到的全是说 C++ 中关于值传递、引用传递的定义。但是，在 Java 中没有 C++ 里"引用"的概念。Java 里只有对象，new 关键字。这就很尴尬了，拿 C++ 中的定义，来解释 Java，我觉得这就是有问题的。问题就出在了引用传递！！！
    在 C++ 中关于引用传递的定义明确，代码解释清晰。在 C++ 中引用传递，传递的是一个别名，操作别名就跟操作原值一个样。
    然而在 Java 中，没有引用的概念，Java 中只要定义变量就会开辟一个存储单元。因此，对 Java 语言来说只有值传递，没有引用传递是正确的。
    虽然 Java 中没有引用(C++ 中 引用"&")。但是，引用传递的定义，在 Java 中还是有符合条件的。抛开语言中的特性。只针对：值传递、引用传递的定义我们来分析一下，Java 是属于值传递还是引用传递。
    要想知道 Java 是属于值传递还是引用传递，这就要从 Java 内存模型聊起了，我们来看基本数据类型与引用类型在内存中的存储方式。

二、基本数据类型、引用类型

1.基本数据类型、引用类型定义
    基本数据类：Java 中有八种基本数据类型“byte、short、int、long、float、double、char、boolean”
    引用类型：new 创建的实体类、对象、及数组
2.基本数据类型、引用类型在内存中的存储方式
    基本数据类型：存放在栈内存中。用完就消失。
    引用类型：在栈内存中存放引用堆内存的地址，在堆内存中存储类、对象、数组等。当没用引用指向堆内存中的类、对象、数组时，由 GC回收机制不定期自动清理。
3.基本类型、引用类型内存简单说明图

    好，看了基本的内存图，应该能明白 Java 是属于值传递还是引用传递。不明白，也没关系，下面会详细说明，先说引起争议的代码。

三、在 Java 中 值传递 与 引用传递，产生模糊不清的代码

public class TransmitTest 

    public static void main(String[] args) 

        String a = "hello"; //String 引用数据类型，调用 pass 方法后 b 的值没有改变，不是 hello
        int b = 1; //int 基本数据类型，调用 pass 方法后 a 的值没有改变,还是 1

        User user = new User(); //new Class 引用类型，调用 pass 方法后 name 与 age 的值改变了
        user.setName("main"); // 调用 pass 后，name 为 pass 了
        user.setAge(2); //调用 pass 后，age 为 4 了

        pass(user, a, b); //pass 方法调用

        System.out.println("main 方法 user 是：" + user.toString());
        System.out.println("main 方法 a 的值是：" + a + " --- b 的值是：" + b);
    

    public static void pass(User user, String a, int b) 

        a = "你好";
        b = 3;

        user.setName("pass");
        user.setAge(4);

        System.out.println("pass 方法 user 是：" + user.toString());
        System.out.println("pass 方法 a 的值是：" + a + " --- b 的值是：" + b);
    


class User 

    String name;
    int age;

    public String getName() 
        return name;
    

    public void setName(String name) 
        this.name = name;
    

    public int getAge() 
        return age;
    

    public void setAge(int age) 
        this.age = age;
    

    @Override
    public String toString() 
        return "name = " + name + " --- age = " + age;
    

【运行结果】
pass 方法 user 是：name = pass --- age = 4
pass 方法 a 的值是：你好 --- b 的值是：3
main 方法 user 是：name = pass --- age = 4
 

    main 方法 a 的值是：hello --- b 的值是：1    结果分析，int b，实参是 1，pass 方法调用后，值还是 1 没变，说明基本数据类型是值传递，大家对这个也几乎没争议。
争议的在下边了：
        1.String a 是引用类型，pass 方法调用后，值还是 hello 没变。(结论：好像引用类型也是值传递啊！！！)
        2.new User() 也是引用类型，在方法调用后，值居然变了。原值不应该是 name = main，age = 2 的吗？为什么 name = pass，age = 4 了呢？(结论：引用类型好像是引用传递啊？？？)
    这就奇葩了，String 与 new 创建的类，同为引用类型，为什么产生的结果不一样呢？String 不也是一个类吗？User 不也是一个类吗?
    有人解释说这个代码比喻的不对，应该用如下代码比喻，在 pass 方法中添加一行代码，user = new User()，pass 方法修改如下：

public static void pass(User user, String a, int b) 

    a = "你好";
    b = 3;

    user = new User();
    user.setName("pass");
    user.setAge(4);

    System.out.println("pass 方法 user 是：" + user.toString());
    System.out.println("pass 方法 a 的值是：" + a + " --- b 的值是：" + b);

【运行结果】
pass 方法 user 是：name = pass --- age = 4
pass 方法 a 的值是：你好 --- b 的值是：3
main 方法 user 是：name = main --- age = 2
main 方法 a 的值是：hello --- b 的值是：1

    这样一来，改变了形参的值，但是实参没有改变。因此有人得出结论，Java 中只有值传递，没有引用传递。(我并不这么认为，原因如下)
    使用 user = new User() 这个代码来做验证，我觉得是符合 String 类型做形参时的验证地，但是，此示例不符合引用传递的验证。
    在验证之前，我们先看下使用 user=new User(); 语句之前与之后的内存模型图，能有助于我们更好的验证结果，同时也有助于更好的理解 Java 内存模型。我们看 TransmitTest 类在 Java 内存模型中的存储图：

图1 pass() 方法中没有使用 user=new User() 语句的内存模型图

    在 图1 中，main() 方法中的 user 类，与 pass() 方法中的 user 类，指向的是同一个堆内存中的 User 类，红色虚线是在 main() 方法中初次给 name 属性赋的值"main"。实线部分，是在 pass() 方法中给 name 属性赋的值"pass"。因为在堆内存中只有一个 User 类实体，因此 main() 方法与 pass() 方法中的 user 指向的都是同一个 User 类 0x000031。因此，无论在 main() 方法还是 pass() 方法中，改变其 user 的属性值后，打印 User 类的属性值肯定是一样的，他们用的是一个实体类。

图2 pass() 方法中使用了 user=new User() 语句的内存模型图

    在 图2 中，main() 方法中的 user 类首次加载，堆内存开辟了一个地址为 0x000031 的 User 类实体。当把 main() 方法中的实参 user 传递给 pass() 方法中形参 user 的时候，栈内存在 pass() 方法区中开辟了一个空间，并引用了地址为 0x000031 的 User 类。此时两个方法中的 User 类其实是一个。
    然而当 pass() 方法中的 user=new User()语句执行后，堆内存中新开辟了一个地址为 0x000032 的 User 类，pass() 方法中的 user 从此指向了地址为 0x000032 的 User 类。
    因为 pass() 方法 与 main() 方法中的 user 属性分别指向了不同的 User 类，所以两个方法中的 User 类的属性无论怎么修改，相互都不影响。
    但是，这种操作是不能验证引用传递定义的。因为实参传值给形参后，形参自己改变了地址，这就和引用传递无关了。我们再来用代码验证。
    我们可以使用 C++ 引用传递代码来验证，使用 user = new User() 语句验证引用传递的错误性。
C++ 中引用传递代码：

class User

public:
    int age;   // 长度
    string name;  // 宽度
;


//引用传递
void pass(User &user) 

    cout << "引用传递 -- user的地址是：" << &user << endl;

    user.age = 2;
    user.name = "你好";



int main() 

    User user;
    user.age = 1;
    user.name = "hello";

    cout << "实参 -- user的地址是：" << &user << endl;
    pass(user);
    cout << "实参 -- user的值 age=" << user.age << ",name=" << user.name << endl;

    system("pause");
    return false;

【运行结果】
实参 -- user的地址是：00DCF768
引用传递 -- user的地址是：00DCF768
实参 -- user的值 age=2,name=你好

    在 C++ 中，引用传递的实参与形参地址一致，在引用的方法中，使用的就是实参的地址。当修改形参值后，实参值也跟着变。现在我们按照 user=new User(); 的方法改变一下引用方法 pass 如下：

//引用传递
void pass(User &user) 

    cout << "引用传递 -- user的地址是：" << &user << endl;

    User user2 = user; //相当于 Java 中的 user=new User();
    cout << "引用传递 -- user2的地址是：" << &user2 << endl;

    user2.age = 2;
    user2.name = "你好";

【运行结果】
实参 -- user的地址是：00CFFACC
引用传递 -- user的地址是：00CFFACC
引用传递 -- user2的地址是：00CFF9AC
实参 -- user的值 age=1,name=hello

    我们看，改变引用传递中形参 user 的地址后(后期改变的地址，这跟引用传递，值传递还有什么关系？)，再修改形参 user 的值，实参没有任何变化。这就破坏了引用传递的场景，因此不能使用 user=new User(); 语句来验证引用传递的定义。

    排除了其他异议，我们再来分析 Java 中有没有引用传递。

先把引用传递的定义放上：

    引用传递：是指在调用函数时将实际参数的地址直接传递到函数中(的形参)，那么在函数中对参数所进行的修改，将影响到实际参数。
    引用传递：形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。

    经过上面的长篇大论，我想这时候你应该能明白了。在对引用类型做方法传递的时候，是不是先把实参的地址给形参的？之后对形参的操作是，是不是相当于操作实参？最后有没有影响到实际参数？
答案肯定都是有的。

定义关键1：是指在调用函数时将实际参数的地址直接传递到函数中(给形参了)
    证明：Java 在进行方法调用传递引用类型参数的时候，就是先给形参一个与实参相同的地址的(此处与 C++ 的不同之处是，C++ 是别名，没有在内存中给形参开辟空间，而 Java 给形参开辟了一个栈内存空间，存放与实参相同的引用地址。但是这与引用传递的定义不违背啊！！！定义可没说形参是否有开辟空间的概念)。

定义关键2：在函数中对参数所进行的修改，将影响到实际参数。
    证明：Java 在进行方法调用传递引用类型参数后，修改形参的内容后，就是影响了实参的值。

四、String 与包装类的特殊分析

    好了，解决了实例对象，我们再来说 String 与包装类，为什么 String 与包装类作为引用类型，却有值传递的功能，居然没有影响到实参！

原因如下：
    我们都知道。String 类型及其他七个包装类，是一群特殊群体。当使用 String a = "hello"; 语句时，相当于执行了 String a = new String("hello")。然而在 Java 中每一次 new 都是一次对象的创建。如果你创建的对象在堆中不存在，便会创建一个，如果是新创建的对象，那么地址都会变的，后期改变的地址，这跟引用传递，值传递还有什么关系？

    其实 String 型方法参数传值的过程，可以用以下代码来解释，我们先看 String 类型的还原：

String a = "hello"; //a 相当于实参
String a1 = a; //a1 就相当于形参
a1 = "你好";
System.out.println("a是：" + a + " --- a1是：" + a1);

【运行结果】
a是：hello --- a1是：你好

逐步还原解释：
    String a = "hello"; 在 String 池中检查并创建一个常量："hello"，给 a 分配一个栈内存，在此存储常量 hello 的地址。
    String a1 = a; 给 a1 分配一个栈内存，在此存储常量 hello 的地址。相当于 a 把自己持有的地址，复制给了 a1。

内存图如下

    a1 = "你好"; 等同于 a1 = new String("你好")。在 String 池中检查是否有 "你好" 的常量。如果有，将 a1 的地址指向 "你好" 的地址。如果 String 池中没有 "你好" 常量，在堆内存中创建 "你好" 常量，并将 a1 地址指向 "你好"。

内存图如下

    总结如下：String 类型，在进行方法传参的时候，是先将实参地址，赋值给形参(形参在栈内存中确实新开辟了一个新的内存空间，用于存储地址)。但是当再次给 String 类型的形参赋值(与实参内容不一样的值时)，形参地址变了，这就和引用传递无关了。我们可以用 C++ 代码中的引用传递，来验证 String 型的这一特殊情况，代码如下：

//引用传递
void pass(string &a, int &b) 

    cout << "引用传递 -- a的地址是：" << &a << " --- b的地址是：" << &b << endl;
    cout << "引用传递 -- a的值是：" << a << " --- b的值是：" << b << endl;

    string c = a; // 相当于 java 中的 new String
    int e = b;

    cout << "引用传递 -- c的地址是：" << &c << " --- e的地址是：" << &e << endl;
    cout << "引用传递 -- c的值是：" << c << " --- e的值是：" << e << endl;

    c = "你好"; //在引用传递中改变形参地址后做修改操作，不影响实参
    e = 2; //在引用传递中改变形参地址后做修改操作，不影响实参


int main() 
    string a = "hello";
    int b = 1;

    cout << "实参 -- a的地址是：" << &a << " --- b的地址是：" << &b << endl;

    pass(a, b);

    cout << "实参 -- a的值是：" << a << " --- b的值是：" << b << endl;

    system("pause");
    return false;

【运行结果】
实参 -- a的地址是：00CFF9CC --- b的地址是：00CFF9C0
引用传递 -- a的地址是：00CFF9CC --- b的地址是：00CFF9C0
引用传递 -- a的值是：hello --- b的值是：1
引用传递 -- c的地址是：00CFF8A0 --- e的地址是：00CFF894
引用传递 -- c的值是：hello --- e的值是：1
实参 -- a的值是：hello --- b的值是：1

    我们看，在 C++ 中的引用传递方法中，改变形参的地址后做修改操作，照样不影响实参的值，这就破坏了引用传递的本质，不能这样比喻。

    因此，String 与其他包装类，在做形参的时候，由于他们在赋不同于实参的值时，改变了形参的地址，因此使引用传递，看起来像值传递，其实本质还是引用传递。

五、总结

1.这个题目出的不严谨，但是很好(因为涉及了 Java 内存模型)
2.就 Java 语言本身来说，只有值传递，没有引用传递。
3.根据 值传递，引用传递的定义来说：
        Java 中的基本类型，属于值传递。
        Java 中的引用类型，属于引用传递。
        Java 中的 String 及包装类，属于特殊群体，作为形参时，由于每次赋值都相当于重新创建了对象，因此看起来像值传递，但是其特性已经破坏了，值传递、引用传递的定义。因此他们属于引用传递的定义，却表现为值传递。

此题争议很大，我仅分享自己的理解，如有不同结论，欢迎指正，一起共勉！