揭秘!值传递与引用传递,传的到底是什么?
在网上看到过很多讨论 Java、C++、Python 是值传递还是引用传递这类文章。
所以这一篇呢就是想从原理讲明白关于函数参数传递的几种形式。
参数传递无外乎就是传值(pass by value),传引用(pass by reference)或者说是传指针。
传值还是传引用可能在 Java、Python 这种语言中常常会困扰一些初学者,但是如果你有 C/C++背景的话,那这个理解起来就是 so easy。
今天我就从 C 语言出发,一次性把 Java、Python 这些都给大家讲明白,谁让我是指北呢哈哈
不过呀,要想彻底搞懂这个,需要了解两个背景知识:
堆、栈 函数调用栈
一、堆、栈
要注意,这“堆”和“栈”并不是数据结构意义上的堆(Heap,一个可看成完全二叉树的数组对象)和 栈(Stack,先进后出的线性结构)。
这里说的堆栈是指内存的两种组织形式,堆是指动态分配内存的一块区域,一般由程序员手动分配,比如 Java 中的 new
、C/C++ 中的 malloc
等,都是将创建的对象或者内存块放置在堆区。
而栈是则是由编译器自动分配释放(大概就是你申明一个变量就分配一块相应大小的内存),用于存放函数的参数值,局部变量等。
就拿 Java 来说吧,基本类型(int、double、long这种)是直接将存储在栈上的,而引用类型(类)则是值存储在堆上,栈上只存储一个对对象的引用。
举个栗子:
int age = 22;
String name = new String("shuaibei");
这两个变量存储图如下:
如果,我们分别对age
、name
变量赋值,会发生什么呢?
age = 18;
name = new String("xiaobei");
如下图:
age
仅仅是将栈上的值修改为 18,而 name
由于是 String 引用类型,所以会重新创建一个 String 对象,并且修改 name
,让其指向新的堆对象。(细心的话,你会发现,图中 name 执行的地址我做了修改)
然后,之前那个对象如果没有其它变量引用的话,就会被垃圾回收器回收掉。
这里也要注意一点,我创建 String 的时候,使用的是 new,如果直接采用字符串赋值,比如:
String name = "shuaibei"
那么是会放到 JVM 的常量池去,不会被回收掉,这是字符串两种创建对象的区别,不过这里我们不关注。
Java 中引用这东西,和 C/C++ 的指针就是一模一样的嘛,只不过 Java 做了语义层包装和一些限制,让你觉得这是一个引用,实际上就是指针。
好,让我继续了解下函数调用栈。
二、函数调用栈
一个函数需要在内存上存储哪些信息呢?
参数、局部变量,理论上这两个就够了,但是当多个函数相互调用的时候,就还需要机制来保证它们顺利的返回和恢复主调函数的栈结构信息。
那这部分就包括返回地址、ebp
寄存器(基址指针寄存器,指向当前堆栈底部) 以及其它需要保存的寄存器。
所以一个完整的函数调用栈大概长得像下面这个样子:
那,多个函数调用的时候呢?
简单来说就是叠罗汉,这是两个函数栈:
今天,我们不会去详细了解函数调用过程ebp
、ebp
如何变化,返回地址又是如何起作用的。
今天的任务就是搞明白参数传递,所以其它的都是非主线的知识,忽略即可。
顺便插点题外话:
学习新知识有时候需要刨根问底,有时候却需要及时回头,尤其是计算机,你要是一直刨根问题,我能给你整到硅的提纯去,这就是失去了学习的意义。
最好的方式是,在一个恰到好处的地方建立一个抽象层,并且认可这个抽象层提供的功能/接口,不去探究这一层下面是什么,怎么实现的。
比如,学习 HTTP,我就只需要认 TCP 提供稳定、可靠传输就够了,暂时就不需要去看 TCP 如何做到的。
好了,继续说回函数传参,举个例子,下面这段代码在main
函数内调用了func_a
函数
int func_a(int a, int *b) {
a = 5;
*b = 5;
};
int main(void) {
int a = 10;
int b = 10;
func_a(a, &b);
printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
return 0;
}
// 输出
a=10, b=5
那么func_a(a, &b)
这个过程,在函数调用栈上究竟是怎么样的呢?
就像上图所示,编译器会生成一段函数调用代码。
将 main
函数内变量 a
的值拷贝到 func_a
函数参数 a
位置。
将变量 b
的地址,拷贝到 func_a
函数参数 b
的位置。
记住这张图,这是函数参数传递的本质,没有其它方式,just copy!
copy 意味着是副本,也就是在子函数的参数永远是主调函数内的副本。
决定是值传递还是所谓的引用传递,在于你 copy 的到底是一个值,还是一个引用(的值)。
其实引用也是值......不要觉得引用就是那种玄乎的东西。
所以会有一种声音说,是不存在所谓的引用传递的,一切传引用的本质还是传值。
也就是 pass pointer by value 或者 pass reference by value,哈哈哈有点意思。
今天,我们不讨论到底有没有传引用这个东西,这是一个个仁者见仁智者见智的问题。
我的目的呢,就是把参数传递这个过程给大家剖析下,至于到底是传值还是传引用,那就看大家怎么思考了。
三、pass by value in java
举个最简单的例子来说明下:
public class HelloWorld {
public static void ChangeRef(String name) {
name = new String("xiaobei");
}
public static void main(String[] args) {
String name = new String("shuaibei");
ChangeRef(name);
System.out.println(name.equals("shuaibei"));
}
}
上面,ChangeRef
函数实际上并没有改变到 main
函数内的 name 对象,看图就明白了:
根据我们前面所讲,参数传递实际就是复制栈上的值本身,这里name
的值就一串地址,所以ChangeRef
接收到的也是这串地址,但是在ChangeRef
函数内将name
的指向改成了一个新的 String 对象,但是这里不会对main
函数中的 name 对象产生任何的影响。
咦,不是说引用类型都是引用传递吗?为什么还不会对主调函数产生影响呢?
我们都把引用的指向改变了,还能影响个啥,如果想通过引用传递修改外部传进来的值,一般是采用成员方法。
假设 String 类有一个方法叫做changeStr(String value)
,那么我们就可以在ChangeRef
内调用这个方法,修改name
的值,
并且会同步修改到main
函数里的值。
(其实这里最好的说明方式是自己定义一个类,但是我懒了,就省掉了哈哈哈,相信聪明的你一定知道我在说什么~)
四、Python
其实和Java
挺像的,但是 Python
有个特点就是所有变量本身只是一个引用,真正的类型信息都是和对象存储在一起的。
所以我打算后面单独聊聊 Python
对象这个话题,然后把参数传递也放在那里了,今天就到这吧~