通过snapshot图理解值与引用

Java中的值与引用的概念是初学时的一个易错点，本文总结了二者的概念出现场景，并使用snapshot图来帮助加深理解。

参考资料

  1. 理解值与引用
  2. 值和引用
  3. Java：按值传递还是按引用传递详细解说
  4. 让你彻底理解Java的值传递和引用传递
  5. 软件构造（四点五）Snapshot图的最全画法、符号原理详解（内附纯手绘图片以及详细代码、例子）
  6. Snapshot Diagram画法小结

值与引用

概念

“面向对象分析和设计需要区分对象的值语义与引用语义。我的一块钱和你的一块钱相等，这是值语义；20岁的我和30岁的我是同一个人，这是引用语义。值对象包括2大特征：内容和运算，比如：3这个整数在计算机内部用二进制11表示，可以参与+,-,*,/等运算；引用对象包括3大特征：标识、状态和行为，比如：Person对象拥有不变的标识，并可通过行为改变状态。值对象的同一性建立在内容的基础上，而引用对象的同一性建立在标识的基础上。

struct和class是OOP语言为分别表达值语义和引用语义所提供的语法机制。值对象只能被动地参与运算，引用对象拥有主动的行为。”

简而言之，在类和对象的层面，引用可以看成是地址，而值就是这个地址上的内容。

Java中的值传递与引用传递

赋值和参数传递可以通过值复制(value-copy)或者引用复制 (reference-copy)来完成，在不同的编程语言中有不同的实现方法。

例如，在C中若要传递一个变量给一个函数并在函数中修改，可以传递这个变量的地址，即一个指向它的指针；在 C++ 中，就可以这样来声明参数int& myNum，即如果传递的变量是x，myNum就是指向x的引用，引用就像一种特殊的指针。

Java 中没有指针，有按值传递和按引用传递。

首先最好理解Java的内存分配模型，参考另一篇：https://blog.csdn.net/xx123698/article/details/99683909

按值传递

当传递的内容是基本类型时，Java传递的是该变量值的副本，可以理解为是重新创建了一个相同类型的变量，将传过去的参数的值赋给这个新的变量，函数内部使用的是这个新的局部变量。

描述的就是下面这两个概念：

  1. 形参：方法被调用时需要传递进来的参数，如：func(int a)中的a，它只有在func被调用期间a才有意义，也就是会被分配内存空间，在方法func执行完成后，a就会被销毁释放空间，也就是不存在了。
  2. 实参：方法被调用时是传入的实际值，它在方法被调用前就已经被初始化并且在方法被调用时传入。
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public class PassTest {
    private void test(int a){   // 这个a与外面的a不是同一个了，可以改名：int b
        a = 5;       // 修改的是函数内部局部变量a的值，与main中的a无关
    }
    public static void main(String[] args) {
        PassTest t = new PassTest();
        int a = 3;
        t.test(a);
    }
}

按引用传递

当传递对象、数组时，Java同样传递的是副本，不同的是，是引用的副本，即创建了一个新的局部变量，将原来的引用的内容复制到了这个变量内，可以理解为把原来引用代表的地址值赋给这个新的变量，可以通过这个地址改变地址上的内容，但若改变这个局部变量的内容，让它“引用”其他的东西，原来外部的引用不会改变。

其实与C中的传递指针类似：

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void func(struct student *s) {
    s->age = 18;    // 实参也改变
    s = {20,...}    // 实参不变
}
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public class TempTest {
    private void test1(A a){
        a.age = 20;          // 修改了外面a的内容
        a = new A();         // 已经指向不同内容了
        a.age = 18;          // 没有修改外部内容
    }
    public static void main(String[] args) {
        TempTest t = new TempTest();
        A a = new A();
        a.age = 10;
        t.test1(a);
    }
}
class A{
    public int age = 0;
}

说法：“在Java里面参数传递都是按值传递”

这句话的意思是：按值传递是传递的值的拷贝，按引用传递其实传递的是引用的拷贝，所以统称按值传递。

Snapshot diagram

理解内存是如何分配的能够帮助理解程序中的值和引用。在snapshot图中，箭头代表的是引用，圆圈/箭头指向的内容代表的是值。

画法

原文：参考资料6

对于基本类型的值，使用单线箭头指向实际值，不需要表明数据类型。

对于对象的值，如果是可变对象，使用单线椭圆，椭圆内写明对象的类型及对象内的值。

如果是不可变对象，使用双线椭圆，椭圆内写明对象的类型及对象内的值。

如果是对象的不可变引用（final标记），使用双线箭头。eg：id
如果是对象的可变引用，使用单线箭头。eg：age

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public class HelloWorld
{
    public static void operate(StringBuffer x, StringBuffer y)
    {
        x.append(y);
        y = x;
        System.out.println(x + "," + y);
    }


    public static void main(String[] args)
    {
        StringBuffer a = new StringBuffer("A");
        StringBuffer b = new StringBuffer("B");
        operate(a, b);
        System.out.println(a + "," + b);
    }
}

结果：
AB,AB
AB,B

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