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学习心得:Java基本功??Reference

原文地址:http://dreamhead.blogbus.com/logs/2005/05/1189478.html

这是一篇一年多之前便已写就的文章,那时,因为很多Java程序员只求追随新生的事物,却连基本的概念都没有,很多讨论中,很明显是基本功不过硬,于是萌生写一个系列文章,讨论Java的基本功,下面便是在这个想法下催生出的第一篇文章。可事实上,真正完成的也只有这一篇。因为未能及时发布,它就被我遗忘在硬盘的角落中。今天,JavaEye上关于Java传值还是传引用的论战让我记起了自己曾经写过的这篇文章,愿与大家共享。

Java基本功??Reference

有这样一种说法,如今争锋于IT战场的两大势力,MS一族偏重于底层实现,Java一族偏重于系统架构。说法根据无从考证,但从两大势力各自的社区力量和图书市场已有佳作不难看出,此说法不虚。于是,事情的另一面让人忽略了。
偏巧,我是一个喜欢探究底层实现的Java程序员,虽然我的喜好并非纯正咖啡,剑走偏锋却别是一番风味。

Reference
Java世界泰山北斗级大作《Thinking In Java》切入Java就提出“Everything is Object”。在Java这个充满Object的世界中,reference是一切谜题的根源,所有的故事都是从这里开始的。

Reference是什么?
如果你和我一样在进入Java世界之前曾经浪迹于C/C++世界,就一定不会对指针陌生。谈到指针,往日种种不堪回首的经历一下子涌上心头,这里不是抱怨的地方,让我们暂时忘记指针的痛苦,回忆一下最初接触指针的甜蜜吧!还记得你看过的教科书中,如何讲解指针吗?留在我印象中的一种说法是,指针就是地址,如同门牌号码一样,有了地址,你可以轻而易举找到一个人家,而不必费尽心力的大海捞针。
C++登上历史舞台,reference也随之而来,容我问个小问题,指针和reference区别何在?我的答案来自于在C++世界享誉盛名的《More Effective C++》。

没有null reference。 
reference必须有初值。 
使用reference要比使用指针效率高。因为reference不需要测试其有效性。 
指针可以重新赋值,而reference总是指向它最初获得的对象
设计选择:
当你指向你需要指向的某个东西,而且绝不会改指向其它东西,或是当你实作一个运算符而其语法需要无法有指针达成,你就应该选择reference。其它任何时候,请采用指针。

这和Java有什么关系?
初学Java,鉴于reference的名称,我毫不犹豫的将它和C++中的reference等同起来。不过,我错了。在Java中,reference 可以随心所欲的赋值置空,对比一下上面列出的差异,就不难发现,Java的reference如果要与C/C++对应,它不过是一个穿着 reference外衣的指针而已。
于是,所有关于C中关于指针的理解方式,可以照搬到Java中,简而言之,reference就是一个地址。我们可以把它想象成一个把手,抓住它,就抓住了我们想要操纵的数据。如同掌握C的关键在于掌握指针,探索Java的钥匙就是reference。

一段小程序
我知道,太多的文字总是令人犯困,那就来段代码吧!
public class ReferenceTricks {
  public static void main(String[] args) {
    ReferenceTricks r = new ReferenceTricks();
    // reset integer
    r.i = 0;
    System.out.println("Before changeInteger:" + r.i);
    changeInteger(r);
    System.out.println("After changeInteger:" + r.i);

    // just for format
    System.out.println();
  
    // reset integer
    r.i = 0;
    System.out.println("Before changeReference:" + r.i);
    changeReference(r);
    System.out.println("After changeReference:" + r.i);
  }

  private static void changeReference(ReferenceTricks r) {
   r = new ReferenceTricks();
   r.i = 5;
   System.out.println("In changeReference: " + r.i);
  }

  private static void changeInteger(ReferenceTricks r) {
   r.i = 5;
   System.out.println("In changeInteger:" + r.i);
  }

  public int i;
}

对不起,我知道,把一个字段设成public是一种不好的编码习惯,这里只是为了说明问题。
如果你有兴趣自己运行一下这个程序,我等你!

OK,你已经运行过了吗?结果如何?是否如你预期?下面是我在自己的机器上运行的结果:
Before changeInteger:0
In changeInteger:5
After changeInteger:5

Before changeReference:0
In changeReference: 5
After changeReference:0
这里,我们关注的是两个change??changeReference和changeInteger。从输出的内容中,我们可以看出,两个方法在调用前和调用中完全一样,差异出现在调用后的结果。

糊涂的讲解
先让我们来分析一下changeInteger的行为。
前面说过了,Java中的reference就是一个地址,它指向了一个内存空间,这个空间存放着一个对象的相关信息。这里我们暂时不去关心这个内存具体如何排布,只要知道,通过地址,我们可以找到r这个对象的i字段,然后我们给它赋成5。既然这个字段的内容得到了修改,从函数中返回之后,它自然就是改动后的结果了,所以调用之后,r对象的i字段依然是5。下图展示了changeInteger调用前后内存变化。

     Reference +--------+                Reference +--------+
    ---------->| i = 0  |               ---------->| i = 5  |
               |--------|                          |--------|
               | Memory |                          | Memory |
               |        |                          |        | 
               |        |                          |        |
               +--------+                          +--------+

    调用changeReference之前              调用changeReferenc之后

让我们把目光转向changeReference。
从代码上,我们可以看出,同changeInteger之间的差别仅仅在于多了这么一句。
r = new ReferenceTricks();
这条语句的作用是分配一块新的内存,然后将r指向它。
执行完这条语句,r就不再是原来的r,但它依然是一个ReferenceTricks的对象,所以我们依然可以对这个r的i字段赋值。到此为止,一切都是那么自然。

     Reference +--------+                          +--------+
    ---------->| i = 0  |         &nb
补充:软件开发 , Java ,
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