Java-String類型的參數傳遞問題

剛纔看見一個兄弟在爲Java的String傳值/傳引用問題困惑，翻箱倒櫃找到了這篇我很久以前寫的文章，發在這裏，希望能對迷惑的朋友有些幫助。

提要：本文從實現原理的角度上闡述和剖析了：在Java語言中，以String作爲類型的變量在作爲方法參數時所表現出的“非對象”的特性。

 

一、         最開始的示例

寫代碼最重要的就是實踐，不經過反覆試驗而得出的說辭只能說是憑空遐想罷了。所以，在本文中首先以一個簡單示例來拋出核心話題：

 

public class StringAsParamOfMethodDemo {

    

        public static void main(String[] args) {

             StringAsParamOfMethodDemo StringAsParamOfMethodDemo =    

                     new StringAsParamOfMethodDemo();

             StringAsParamOfMethodDemo.testA();

        }

    

        private void testA() {

             String originalStr = "original";

             System.out.println("Test A Begin:");

             System.out.println("The outer String: " + originalStr);

             simpleChangeString(originalStr);

             System.out.println("The outer String after inner change: " + originalStr);

             System.out.println("Test A End.");

             System.out.println();

        }

    

        public void simpleChangeString(String original) {

             original = original + " is changed!";

             System.out.println("The changed inner String: " + original);

        }

    

}
 

 

這段代碼的邏輯是這樣的：先賦值一個String類型的局部變量，然後把這個變量作爲參數送進一個方法中，在這個方法中改變該變量的值。編譯運行之後，發現輸出結果是這樣的：

 

Test A Begin:

The outer String: original

The changed inner String: original is changed!

The outer String after inner change: original

Test A End.

 

這個結果表明在方法內部對String類型的變量的重新賦值操作並沒有對這個變量的原型產生任何影響。好了，這個示例的邏輯和運行結果都展示清楚了，接下來我們來對這個小程序進行分析。在這之前我們先來回顧下Java中所謂的“傳值”和“傳引用”問題。

 

二、         Java中的“傳值”和“傳引用”問題

許多初學Java的程序員都在這個問題上有所思索，那是因爲這是所謂的“C語言的傳值和傳指針問題”在Java語言上同類表現。

最後得出的結論是：

在Java中，當基本類型作爲參數傳入方法時，無論該參數在方法內怎樣被改變，外部的變量原型總是不變的，代碼類似上面的示例：

 

int number = 0;

changeNumber(number) {number++}; //改變送進的int變量

System.out.println(number); //這時number依然爲0

 

這就叫做“值傳遞”，即方法操作的是參數變量（也就是原型變量的一個值的拷貝）改變的也只是原型變量的一個拷貝而已，而非變量本身。所以變量原型並不會隨之改變。

                  

但當方法傳入的參數爲非基本類型時（也就是說是一個對象類型的變量）， 方法改變參數變量的同時變量原型也會隨之改變，代碼同樣類似上面的示例：

 

StringBuffer strBuf = new StringBuffer(“original”);

changeStringBuffer(strBuf) {strbuf.apend(“ is changed!”)} //改變送進的StringBuffer變量

System.out.println(strBuf); //這時strBuf的值就變爲了original is changed!    

 

這種特性就叫做“引用傳遞”，也叫做傳址，即方法操作參數變量時是拷貝了變量的引用，而後通過引用找到變量（在這裏是對象）的真正地址，並對其進行操作。當該方法結束後，方法內部的那個參數變量隨之消失。但是要知道這個變量只是對象的一個引用而已，它只是指向了對象所在的真實地址，而非對象本身，所以它的消失並不會帶來什麼負面影響。回頭來看原型變量，原型變量本質上也是那個對象的一個引用（和參數變量是一樣一樣的），當初對參數變量所指對象的改變就根本就是對原型變量所指對象的改變。所以原型變量所代表的對象就這樣被改變了，而且這種改變被保存了下來。

 

         瞭解了這個經典問題，很多細心的讀者肯定會立刻提出新的疑問：“可是String類型在Java語言中屬於非基本類型啊！它在方法中的改變爲什麼沒有被保存下來呢！”的確，這是個問題，而且這個新疑問幾乎推翻了那個經典問題的全部結論。真是這樣麼？好，現在我們就來繼續分析。

 

三、    關於String參數傳遞問題的曲解之一——直接賦值與對象賦值

String類型的變量作爲參數時怎麼會像基本類型變量那樣以傳值方式傳遞呢？關於這個問題，有些朋友給出過解釋，但可惜並不正確。

一種解釋就是，對String類型的變量賦值時並沒有new出對象，而是直接用字符串賦值，所以Java就把這個String類型的變量當作基本類型看待了。即，應該String str = new String(“original”);，而不是String str = “original”;。這是問題所在麼？我們來爲先前的示例稍微改造下，運行之後看看結果就知道了。改造後的代碼如下：

 

 

        private void testB() {

             String originalStr = new String("original");

             System.out.println("Test B Begin:");

             System.out.println("The outer String: " + originalStr);

             changeNewString(originalStr);

             System.out.println("The outer String after inner change: " + originalStr);

             System.out.println("Test B End:");

             System.out.println();

             }

    

        public void changeNewString(String original) {

             original = new String(original + " is changed!");

             System.out.println("The changed inner String: " + original);

             }

 

 

我們來看看這次運行結果是怎麼樣的：

 

Test B Begin:

The outer String: original

The changed inner String: original is changed!

The outer String after inner change: original

Test B End.

 

實踐證明，這種說法是錯的。

實際上，字符串直接賦值和用new出的對象賦值的區別僅僅在於存儲方式不同。

簡單說明下：

字符串直接賦值時，String類型的變量所引用的值是存儲在類的常量池中的。因爲”original”本身是個字符串常量，另一方面String是個不可變類型，所以這個String類型的變量相當於是對一個常量的引用。這種情況下，變量的內存空間大小是在編譯期就已經確定的。

而new對象的方式是將”original”存儲到String對象的內存空間中，而這個存儲動作是在運行期進行的。在這種情況下，Java並不是把”original”這個字符串當作常量對待的，因爲這時它是作爲創建String對象的參數出現的。

所以對String的賦值方式和其參數傳值問題並沒有直接聯繫。總之，這種解釋並不是正解。

四、    關於String參數傳遞問題的曲解之二——“=”變值與方法變值

又有些朋友認爲，變值不同步的問題是處在改變值的方式上。

這種說法認爲：“在Java 中，改變參數的值有兩種情況，第一種，使用賦值號“=”直接進行賦值使其改變；第二種，對於某些對象的引用，通過一定途徑對其成員數據進行改變，如通過對象的本身的方法。對於第一種情況，其改變不會影響到被傳入該參數變量的方法以外的數據，或者直接說源數據。而第二種方法，則相反，會影響到源數據——因爲引用指示的對象沒有變，對其成員數據進行改變則實質上是改變的該對象。”

這種方式聽起來似乎有些…，我們還是用老辦法，編寫demo，做個小試驗，代碼如下：

 

        private void testC() {

             String originalStr = new String("original");

             System.out.println("Test C Begin:");

             System.out.println("The outer String: " + originalStr);

             changeStrWithMethod(originalStr);

             System.out.println("The outer String after inner change: " + originalStr);

             System.out.println("Test C End.");

             System.out.println();

}

    

        private static void changeStrWithMethod(String original) {

             original = original.concat(" is changed!");

             System.out.println("The changed inner String: " + original);

}

 

結果如下：

 

Test C Begin:

The outer String: original

The changed inner String: original is changed!

The outer String after inner change: original

Test C End.

 

怎麼樣，這證明了問題並不是出在這，又一個解釋在實踐論據下夭折了。

那到底是什麼原因導致了這種狀況呢？

好了，不賣關子了，下面說下我的解釋。

 

五、         String參數傳遞問題的癥結所在

其實，要想真正理解一個類或者一個API/框架的最直接的方法就是看源碼。

下面我們來看看new出String對象的那小段代碼（String類中），也就是String類的構造函數：

 

        public String(String original) {

                int size = original.count;

                char[] originalValue = original.value;

                char[] v;

                if (originalValue.length > size) {

                        // The array representing the String is bigger than the new

                        // String itself.    Perhaps this constructor is being called

                        // in order to trim the baggage, so make a copy of the array.

                            int off = original.offset;

                            v = Arrays.copyOfRange(originalValue, off, off+size);

                } else {

                        // The array representing the String is the same

                        // size as the String, so no point in making a copy.

                        v = originalValue;

                }

                this.offset = 0;

                this.count = size;

                this.value = v;

}

 

也許你注意到了裏面的char[],這說明對String的存儲實際上通過char[]來實現的。怎麼樣？其實就是一層窗戶紙。不知道大家還記不記得在Java API中定義的那些基本類型的包裝類。比如Integer是int包裝類、Float是float的包裝類等等。對這些包裝類的值操作實際上都是通過對其對應的基本類型操作而實現的。是不是有所感悟了？對，String就相當於是char[]的包裝類。包裝類的特質之一就是在對其值進行操作時會體現出其對應的基本類型的性質。在參數傳遞時，包裝類就是如此體現的。所以，對於String在這種情況下的展現結果的解釋就自然而然得出了。同樣的，Integer、Float等這些包裝類和String在這種情況下的表現是相同的，具體的分析在這裏就省略了，有興趣的朋友可以自己做做試驗。

這也就是爲什麼當對字符串的操作在通過不同方法來實現的時候，推薦大家使用StringBuffer的真正原因了。至於StringBuffer爲什麼不會表現出String這種現象，大家再看看的StringBuffer的實現就會明白了，在此也不再贅述了。

六、         寫在最後

由此String類型的參數傳遞問題的原理也就展現出來了。其實可以看出，只要分析方式正確，思考終究得出正確結論的。

正確分析方法的基礎有二：

1、  多實踐：手千萬不要犯懶，實踐必會出真知。

2、  基於原理：搞清楚程序邏輯的最直接最簡單的方式就是看源碼，這毋庸置疑。

只要基於這兩個基礎進行分析，在很多情況下會達到事半功倍的效果。這算是經驗之談吧，也算是分析程序的“捷徑”方式之一。