形参与实参深度剖析

其他 2018-11-13 12:10:49 阅读次数: 0

转自：https://dailycast.github.io/Java-形参与实参/

前几天在头条上看到一道经典面试题,引发了一些思考。也是写这篇文章的导火索。

1背景

请看题:

[java]  view plain  copy
  1. public class Main {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Integer a = 1;  
  4.         Integer b = 2;  
  5.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  6.         swap(a, b);  
  7.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  8.     }  
  9.   
  10.     private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  11.         //请实现  
  12.     }  
  13. }  


看到这个题后 瞬间觉得有坑。也觉得为什么要书写一个 swap 方法呢？如下实现不是更简单:

[java]  view plain  copy
  1. public static void main(String[] args) {  
  2.         Integer a = 1;   
  3.         Integer b = 2;  
  4.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  5.         Integer tmp = a;  
  6.         a = b;  
  7.         b = tmp;  
  8.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  9.     }  


输出: 

a=1,b=2
a=2,b=1

完美实现交换。但是请注意，这是一道面试题，要的就是考验一些知识点。所以还是老老实实的实现 swap 方法吧。

有的同学可能会想，Integer 是一个包装类型,是对Int的装箱和拆箱操作。其实也是一个对象。既然是对象，直接更改对象的引用不就行了？
思路没问题，我们首先看看实现:

[java]  view plain  copy
  1. private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  2.        Integer tmp = numa;  
  3.        numa = numb;  
  4.        numb = tmp;  
  5.        System.out.println("numa=" + numa + ",numb=" + numb);  
  6. }  

输出:

a=1,b=2
numa=2,numb=1
a=1,b=2

不出意外,没有成功

这是什么原因呢？
技术老手一看就知道问题出在形参和实参
混淆了

JAVA的形参和实参的区别:

形参 顾名思义:就是形式参数，用于定义方法的时候使用的参数，是用来接收调用者传递的参数的。
形参只有在方法被调用的时候，虚拟机才会分配内存单元，在方法调用结束之后便会释放所分配的内存单元。
因此,形参只在方法内部有效，所以针对引用对象的改动也无法影响到方法外。

实参 顾名思义:就是实际参数，用于调用时传递给方法的参数。实参在传递给别的方法之前是要被预先赋值的。
在本例中 swap 方法 的numa, numb 就是形参，传递给 swap 方法的 a,b 就是实参

注意:
在值传递调用过程中，只能把实参传递给形参，而不能把形参的值反向作用到实参上。在函数调用过程中，形参的值发生改变，而实参的值不会发生改变。
而在引用传递调用的机制中，实际上是将实参引用的地址传递给了形参，所以任何发生在形参上的改变也会发生在实参变量上。
那么问题来了，什么是值传递和引用传递

值传递和引用传递

在谈值传递和引用传递之前先了解下 Java的数据类型有哪些

JAVA的数据类型

Java 中的数据类型分为两大类，基本类型和对象类型。相应的，变量也有两种类型：基本类型和引用类型
基本类型的变量保存原始值，即它代表的值就是数值本身,原始值一般对应在内存上的栈区
而引用类型的变量保存引用值，引用值指向内存空间的地址。代表了某个对象的引用，而不是对象本身。对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。被引用的对象对应内存上的堆内存区。
基本类型包括：byte,short,int,long,char,float,double,boolean 这八大基本数据类型
引用类型包括：类类型，接口类型和数组

变量的基本类型和引用类型的区别

基本数据类型在声明时系统就给它分配空间

[java]  view plain  copy
  1. int a;//虽然没有赋值，但声明的时候虚拟机就会 分配 4字节 的内存区域,而引用数据类型不同，它声明时只给变量分配了引用空间，而不分配数据空间:   
  2. String str;//声明的时候没有分配数据空间，只有 4byte 的引用大小，在栈区，而在堆内存区域没有任何分配  
  3. str.length(); //这个操作就会报错，因为堆内存上还没有分配内存区域，而 a = 1; 这个操作就不会报错。  


好了，Java的数据类型说完了，继续我们的 值传递 和 引用传递 的话题。

先背住一个概念:基本类型的变量是值传递；引用类型的变量
结合前面说的 形参和实参。

值传递

方法调用时，实际参数把它的值传递给对应的形式参数，函数接收的是原始值的一个copy，
此时内存中存在两个相等的基本类型，即实际参数和形式参数，后面方法中的操作都是对形参这个值的修改，不影响实际参数的值

引用传递

也称为地址传递，址传递。方法调用时，实际参数的引用(地址，而不是参数的值)被传递给方法中相对应的形式参数，函数接收的是原始值的内存地址
在方法执行中，形参和实参内容相同，指向同一块内存地址，方法执行中对引用的操作将会影响到实际对象
通过例子来说话:

[java]  view plain  copy
  1. static class Person {  
  2.        int age;  
  3.        Person(int age) {  
  4.            this.age = age;  
  5.        }  
  6.    }  
  7.      
  8.    private static void test() {  
  9.        int a = 100;  
  10.        testValueT(a);  
  11.        System.out.println("a=" + a);  
  12.        Person person = new Person(20);  
  13.        testReference(person);  
  14.        System.out.println("person.age=" + person.age);  
  15.    }  
  16.      
  17.    private static void testValueT(int a) {  
  18.        a = 200;  
  19.        System.out.println("int testValueT a=" + a);  
  20.    }  
  21.      
  22.    private static void testReference(Person person) {  
  23.        person.age = 10;  
  24.    }  


输出：

[java]  view plain  copy
  1. int testValueT a=200  
  2. a=100  
  3. person.age=10  


看见  值传递  a的值并没有改变，而  引用传递 的 persion.age已经改变了

有人说

[java]  view plain  copy
  1. private static void testReference(Person person) {  
  2.         person = new Person(100);  
  3. }  

为什么 输出的 person.age 还是20呢？

我想说 了解一下什么是引用类型吧？ 方法内把 形参的地址引用换成了另一个对象，并没有改变这个对象,并不能影响 外边实参还引用原来的对象，因为 形参只在方法内有效哦。

有人或许还有疑问，按照文章开头的例子，Integer也是 引用类型该当如何呢？
其实 类似的 String,Integer,Float,Double,Short,Byte,Long,Character等等基本包装类型类。因为他们本身没有提供方法去改变内部的值，例如Integer 内部有一个value 来记录int基本类型的值，但是没有提供修改它的方法，而且 也是final类型的，无法通过常规手段更改。
所以虽然他们是引用类型的，但是我们可以认为它是值传递,这个也只是认为,事实上还是引用传递,址传递。

好了，基础知识补充完毕，然我们回到面试题吧

回归正题

[java]  view plain  copy
  1. private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  2.         Integer tmp = numa;  
  3.         numa = numb;  
  4.         numb = tmp;  
  5.         System.out.println("numa=" + numa + ",numb=" + numb);  
  6.  }  


那么思路来了，我们 通过特殊手段 改变  Integer 内部的 value 属性通过补习基础知识，我们很明显知道 上面这个方法实现替换 是不可行的。因为 Interger 虽然是 引用类型
但是上述操作只是改变了 形参 的引用，而没有改变 实参 对应的 对象 。

[java]  view plain  copy
  1. private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  2.         Integer tmp = numa;  
  3.         try {  
  4.             Field field = Integer.class.getDeclaredField("value");  
  5.             field.setAccessible(true);  
  6.             field.set(numa, numb);//成功的将numa 引用的 1的对象 值改为 2  
  7.             field.set(numb, tmp); //由于 tmp 也是指向 numa 未改变前指向的堆 即对象1 ，经过前一步，已经将对象1的值改为了2，自然 numb 也是2，所以改动失效  
  8.         } catch (Exception e) {  
  9.             e.printStackTrace();  
  10.         }  
  11.     }  


输出结果: 

a=1,b=2
a=2,b=2

又来疑问了？为何  a 的值改变成功，而 b 的改变失败呢？

见代码注释
所以其实 field.set(numb, tmp); 是更改成功的，只是 tmp 经过前一行代码的执行，已经变成了 2。
那么如何破呢？
我们有了一个思路，既然是 tmp的引用的对象值变量，那么我让tmp不引用 numa了

[java]  view plain  copy
  1. private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  2.        int tmp = numa.intValue();//tmp 定义为基本数据类型  
  3.        try {  
  4.            Field field = Integer.class.getDeclaredField("value");  
  5.            field.setAccessible(true);  
  6.            field.set(numa, numb);//这个时候并不改变 tmp 的值  
  7.            field.set(numb, tmp);  
  8.        } catch (Exception e) {  
  9.            e.printStackTrace();  
  10.        }  
  11.    }  


这种情况下 对  numa  这个对象的修改就不会导致  tmp  的值变化了,看一下运行结果 

a=1,b=2
a=2,b=2

这是为啥？有没有快疯啦？
难道我们的思路错了？
先别着急，我们看看这个例子：
仅仅是将前面的例子 a的值改为 129，b的值改为130

[java]  view plain  copy
  1. public static void main(String[] args) {  
  2.         Integer a = 129;  
  3.         Integer b = 130;  
  4.   
  5.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  6.         swap(a, b);  
  7.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  8.     }  
  9.   
  10.     private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  11.         int tmp = numa.intValue();  
  12.         try {  
  13.             Field field = Integer.class.getDeclaredField("value");  
  14.             field.setAccessible(true);  
  15.             field.set(numa, numb);  
  16.             field.set(numb, tmp);  
  17.         } catch (Exception e) {  
  18.             e.printStackTrace();  
  19.         }  
  20.     }  


a=129,b=130
a=130,b=129

运行结果:

有没有怀疑人生？我们的思路没有问题啊?为什么 换个数值就行了呢？
我们稍微修改一下程序

[java]  view plain  copy
  1. public static void main(String[] args) {  
  2.         Integer a = new Integer(1);  
  3.         Integer b = new Integer(2);  
  4.   
  5.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  6.         swap(a, b);  
  7.         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  
  8.     }  
  9.   
  10.     private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  11.         int tmp = numa.intValue();  
  12.         try {  
  13.             Field field = Integer.class.getDeclaredField("value");  
  14.             field.setAccessible(true);  
  15.             field.set(numa, numb);  
  16.             field.set(numb, tmp);  
  17.         } catch (Exception e) {  
  18.             e.printStackTrace();  
  19.         }  
  20.     }  


运行结果: 

a=1,b=2
a=2,b=1

哎？为啥 1 和 2 也可以了?

我们这时肯定猜想和Integer的装箱 拆箱有关

装箱，拆箱 概念

Integer的装箱操作

为什么 Integer a = 1 和 Integer a = new Integer(1) 效果不一样
那就瞅瞅源码吧？

[java]  view plain  copy
  1. public Integer(int value) {  
  2.     this.value = value;  
  3. }  
  4.   
  5. /** 
  6.  * Returns an {@code Integer} instance representing the specified 
  7.  * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not 
  8.  * required, this method should generally be used in preference to 
  9.  * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely 
  10.  * to yield significantly better space and time performance by 
  11.  * caching frequently requested values. 
  12.  * 
  13.  * This method will always cache values in the range -128 to 127, 
  14.  * inclusive, and may cache other values outside of this range. 
  15.  * 
  16.  * @param  i an {@code int} value. 
  17.  * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}. 
  18.  * @since  1.5 
  19.  */  
  20. public static Integer valueOf(int i) {  
  21.     if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)  
  22.         return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];  
  23.     return new Integer(i);  
  24. }  


反射修改前:通过注释知道，java推荐  Integer.valueOf  方式初始化一个 Interger 因为有 缓存了 -128 - 127 的数字
我们直接定义  Integer a = 1  具有这个功能，所以 Jvm 底层实现 是通过  Integer.valueOf 这个方法
再看  field.set(numb, tmp);
我们打断点，发现通过反射设置  value 时 竟然走了  Integer.valueOf  方法
下面是 我们调用  swap 前后的  IntegerCache.cache  值得变化

反射修改后


在反射修改前

IntegerCache.cache[128]=0
IntegerCache.cache[129]=1
IntegerCache.cache[130]=2

IntegerCache.cache[128]=0
IntegerCache.cache[129]=2
IntegerCache.cache[130]=2

通过反射修改后

再调用 field.set(numb, tmp) tmp这时等于1 对应的 角标 129 ,但是这个值已经变成了2
所以出现了刚才 奇怪的结果
原来都是缓存的锅
下面趁机再看个例子 加深理解

Integer testA = 1;
Integer testB = 1;

Integer testC = 128;
Integer testD = 128;
System.out.println("testA=testB " + (testA == testB) + ",\ntestC=testD " + (testC == testD));

[java]  view plain  copy
  1. testA=testB true,  
  2. testC=testD false  

输出结果:

通过这小示例，在 -128 到 127的数字都走了缓存，这样 testA 和 testB引用的是同一片内存区域的同一个对象。
而 testC testD 数值大于127 所以 没有走缓存，相当于两个Integer对象，在堆内存区域有两个对象。
两个对象自如不相等。
在前面的示例中 我们 通过

[java]  view plain  copy
  1. Integer a = new Integer(1);  
  2. Integer b = new Integer(2);  

方式初始化 a,b 我们的交换算法没有问题，也是这个原因。

那么到目前为止我们的swap 方法可以完善啦

[java]  view plain  copy
  1. private static void swap(Integer numa, Integer numb) {  
  2.         int tmp = numa.intValue();  
  3.         try {  
  4.             Field field = Integer.class.getDeclaredField("value");  
  5.             field.setAccessible(true);  
  6.             field.set(numa, numb);  
  7.             field.set(numb, new Integer(tmp));  
  8.         } catch (Exception e) {  
  9.             e.printStackTrace();  
  10.         }  
  11.     }  

到此, 这个面试我们已经通过了，还有一个疑问我没有解答。只需将之前的 field.set(numb, tmp) 改为 field.set(numb, new Integer(tmp))

为什么 field.set(numb, tmp) 会执行 Integer.valueOf() 而 field.set(numb, new Integer(tmp)) 不会执行。
这就是Integer的装箱操作，当 给 Integer.value 赋值 int时，JVM 检测到 int不是Integer类型,需要装箱，才执行了Integer.valueOf()方法。而field.set(numb, new Integer(tmp)) 设置的 是Integer类型了，就不会再拆箱后再装箱

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