理解值和对象-快照图

Posted 2020-10-26 Titter_Z

快照图（Snapshot diagrams）能代表程序运行时的各种状态——它的栈（即方法和局部变量）和它的堆（即现在存在的对象）。

具体来讲，使用快照图有以下优点：

• 在课堂上和会议上与同学交流
• 解释一些概念例如原始类型 vs. 对象类型不可更改的值 vs. 不可更改的引用, 指针别名, stack栈 vs. 堆heap, 抽象表达 vs. 具体表达.
• 能够帮助你解释你的工程的设计思想
• 为以后的课程做铺垫（例如MIT 6.170中的对象模型）

虽然这些图像都只是解释Java中的一些概念，但是很多都可以延伸到别的现代语言中，例如Python, javascript, C++, Ruby.

原始值

原始值都是以常量来表达的。上面箭头的来源可以是一个变量或者一个对象的内部区域（field）。

对象值

一个对象用一个圆圈表示。对象内部会有很多区域（field），这些区域又指向它们对应的值。同时这些区域也是有它们的类型的，例如int x 。

可更改的值 vs. 可被重新赋值的改变

通过快照图我们可以视图化可更改的值和可被重新赋值的改变之间的区别：

• 当你给一个变量或者一个区域（filed）赋值的时候，你实际上是改变了它指向的方向，即指向了另一个值。
• 当你修改一个可被更改的（mutable）值的时候——例如数组或者列表——你真正修改了这个值本身（译者注：变量或者区域的指向并没有变）

重新赋值和不可改变的（immutable）值

例如，如果我们有一个 String 变量 s, 我们可以将它从 "a" 赋值为 "ab".

String s = "a";
s = s + "b";

String 就是一种不可改变的（immutable）值，这种类型的值在第一次确定后就不能改变。不可改变性是我们这门课程的一个重要设计原则，以后的课程中会详细介绍的。

不可更改的对象（设计者希望它们一直是这个值）在快照图中以双圆圈的边框表示，例如上面的字符串对象。

可更改的（mutable）值

与此相对应的， StringBuilder (Java的一个内置类) 是一个可更改的字符串对象，它内置了许多改变其内容的方法：

StringBuilder sb = new StringBuilder("a");
sb.append("b");

可更改性和不可更改性（mutability and immutability）将会对我们的“安全健壮性”目标起到重要作用。

不可更改的引用

Java也提供了不可更改的引用：final声明，变量一旦被赋值就不能再次改变它的引用（指向的值或者对象）。

final int n = 5;

如果Java编译器发现final声明的变量在运行中被赋值多次，它就会报错。所以final就是为不可更改的引用提供了静态检查。

在快照图中，不可更改的引用（final）用双箭头表示，例如上图中的id，Person的id引用不可改变，但是age却是可改变的。

这里要特别注意一点，final只是限定了引用不可变，我们可以将其引用到一个可更改的值 （例如final StringBuilder sb ），虽然引用不变，但引用的对象本身的内容可以改变。

同样的，我们也可以将一个可更改的引用作用到一个不可更改的值（例如String s ），这个时候变量值的改变就是将引用改变。