深度理解值类型与引用类型

值类型和引用类型的区别

通常只写高级语言的同学，只接触过引用与值类型的概念，只知道传递的参数如果是值类型，那么在调用的方法中去改变参数，其改变并不会作用到原变量。如果调用方法时，传递的参数是一个对象类型，其改变会作用所引用的对象上。

注意：我这里说的是改变会作用到所引用的对象上，而不是变量，这是有原因的，请继续往下看

因为我不想让整篇博客看起来很难理解，我不想牵涉到太多内存区的知识，我这里做统一表示：

• 操作区：这是我假设的，用来做逻辑处理
• 栈区：可通过变量直接操作的内存区(我们直接操作的变量大多时候就是存在栈中)
• 堆区：一块自由的内存区，通常我们使用栈区变量来引用堆区内存块

值类型

我们先来看下值类型，这里以int类型为例：

int i = 521;

那么可以得出i本身的值是521，理解这些并没有什么难度，我们再看一下值类型的变量赋值操作：

int i = 521;
int j = i + 1;

这里赋值包含了以下几步操作(注意：每种编程语言设计都有所不同，但其大致思路都是一样的):

1、先将i变量初始化为521(521为常量值，常量值可以直接赋值给变量)：

2、j被初始化，但是初始化的时候用到了i变量，所以我们要先取到i的值才行(注意j在声明时已经表示自己是一个int类型，所以这里直接分配合适的内存大小即可)：

3、找到i的值，并进行i + 1的操作：

(这里的操作区是我假设的，因为每种语言的处理机制都不一样，我这里就假设我们的逻辑处理都在操作区，这是不希望你们混肴)

3、将运算的值赋值给j：

引用类型

这里我们假设声明了一个Data的类，并创建一个Data类型的实例，Data类中包含两个int类型的基本类型：

class Data
{
    int i;
    int j;
}
Data data = new Data();

来看看完成这一操作之后的内存情况(稍后给出分解步骤)：

这里给出一个理论：对象类型的变量本身都是固定大小。好吧，这听起来很难理解，我们来仔细分析一下。

我们假设有两个类：

class Data
{
    int i;
    String str;
}
class ListNode
{
    int data;
    String str;
    ListNode next;
}

Data data = new Data();
ListNode list = new ListNode();

这里data和list的内存占用大小是一样！data与list只是普通的引用变量，变量本身的值只是引用对象的内存地址，对象存储在堆中，也就是说data与list中存储的只是堆内存中的内存地址而已。

也就是说data和list存的都是内存地址而已，而内存地址的长度都是固定长度的，所以我们没有必要去对固定长度的变量使用不同长度的内存(这里不做太深的说明，如果有兴趣可以了解一下汇编语言)。

我相信你现在肯定还是一知半解，别着急往下看。

我们来分解一下步骤，看一看编程语言究竟是怎么处理引用类型的：

这里假设我们使用的是32位的计算机，在32位的计算机中，int类型大小为4个字节。

class Data
{
    int i;
    int j;
}

以上的类声明在不考虑任何语言优化的情况下(不增加额外内存)，该类的内存占用应该是8个字节。

1、声明Data类型变量，(此时没有做任何赋值操作，data应该是NULL值)：

Data data;

堆栈情况如下(堆中此时是空的，data变量本身也是空值也就是空引用)：

2、给data变量创建对象，这里可以直接算出内存大小为8，这里我分解成两个步骤：

• 在堆区划分一块8字节的内存：
  

• 将分配的内存块的内存起始地址赋值给变量data，这里假设的地址是0xd27038：
  

操作完成，变量data与堆中的那块内存就建立了联系，但是注意这里并没有直接关系，只是data存储了那块内存的内存地址，我们通过data变量中存储的内存地址可以寻找到那块真正存储数据的内存。

• 初始化操作：假设我们不显式地对变量做初始化操作，编程语言会根据变量的类型，将变量初始化成为编程语言设定的基本类型默认初始值，比如int类型的默认值就是0：
  

来看一下我们是如何操作对象中的字段的，这里假设我们要将data所引用的对象的i变量值改为521。
我们依旧来分解步骤来观察这一过程，首先赋值语句如下：

data.i = 521;

1、找到data变量，取出其内存地址：

2、通过内存地址进行寻址操作，找到堆中的内存块：

(如果你学过C语言，你应该了解这一步骤是叫解引用。)

3、修改内存块中i的值(我这里忽略了内存大小计算等操作)：

注意，这一步骤是直接修改的堆中的内存。

我们来总结一下知识，他们有其相同点：

• 引用的变量与普通变量没什么区别，知识引用变量中存的是内存地址而已
• 我这里虽然没有说，但是你应该能猜到，引用变量中的内存地址是可以被修改的，这与普通变量也是一样的

有其不同点：

• 通常情况下引用变量在堆中有其隐式引用的一块内存，而普通变量并没有

更改类中的字段属性等，其实就是通过引用变量解析地址->寻址->操作。

值类型与引用类型的传递

我看过很多书籍，大多数的书籍都说明并介绍了值传递与引用传递，却很少解释这两者的本质是什么，导致很多初级开发者对其都是一知半解，我很喜欢深入理解C#这本书中的这段内容(虽然这里是C#，但是依旧适用于Java等语言):

书中强调了"不该使用'对象传递'与'引用传递'这种文字来描述这种传递过程"，但是我还是要这么做，因为我不想整个问题太绕，以至于你永远搞不明白整个问题。

注意：无论该种做法叫什么都并不重要，看清本质才能让你恍然大悟(我个人认为看清代码的本质才是编程的升华提升，做到人码合一(滑稽))。

值传递

观察以下代码，请说出afterChange的值是多少：

static void Main(String[] args)
{
    int sourceVal = 521;
    void ChangeVal(sourceVal);
    int afterChange = sourceVal;
}
static void ChangeVal(int source)
{
    source = 741;
}

你肯定会毫不犹豫地说出是521，可是这究竟是怎么做到的呢，我们不是将sourceVal与source关联起来了吗，我们分步骤来看一下：

1、先给sourceVal做赋值操作

2、调用ChangeVal方法

3、进入ChangeVal方法中

观察到了吗，此时ChangeVal包含一个局部变量source，该值被做了初始化动作，这等同于：

int sourceVal = 521;
int source = sourceVal;
source = 741;

source与sourceVal之间并没有任何关系，唯一有关系的一步，只是source变量使用sourceVal中存储的值来做了初始化。

有些书上把此步骤叫做值复制，把引用变量的复制操作叫做引用复制，这话是没有任何问题的，只是对程序的初学者太不友好了。

在我看来值传递和引用传递并没有任何区别，不信继续往下看，看完之后你也会这么认为：

引用传递

观察以下代码(重点在于afterChange的值是否被改变)：

class Program
{
    static void Main(String[] args)
    {
        Data data = new Data();
        data.value = 745;

        ChangeObject(data);
        int afterChange = data.value;

    }
    static void ChangeObject(Data sourceData)
    {
        sourceData.value = 2020;
    }    
}

//这里为了方便理解，我直接使用了公开字段的方式
class Data{
    public int value;
}

这个问题其实本质很简单，就是传递了内存地址而已，WTF？什么玩意儿？内存地址？你在说什么？别着急我们将步骤分解一下：

1、声明并创建Data对象：

2、调用ChangeObject方法，传递Data类型参数：

调用方法时，只是把那个Data类型的引用变量中的内存地址复制给了另一个同类型引用变量，这些操作与以下代码并没有区别：

Data data = new Data();

Data sourceData = data;

更改sourceData为什么就能影响到data引用的对象的值呢？看以下步骤：

3、更改sourceData所引用的内存中的value值(详细操作就是上边我说过的引用类型)：

这里一共有几个步骤：

• 取出sourceData中存储的内存地址
• 解析内存地址，找到堆中的那块内存
• 更改内存块中value字段内存块中的值为2020

完成之上步骤，堆栈情况如下：

4、方法执行完毕，方法对应区域被销毁：

5、取出data引用的内存区中对应的value值，并赋值给afterChange变量(详细操作请看上边的引用类型那一段)：

步骤：

• 拿到data中存储的内存地址：0xd27038
• 去堆中找到内存起始地址为0xd27038的那块内存，找到value字段对应的内存区域，取出该区域中存储的值(此时值是2020)
• 将值赋值给afterChange变量

结论

我认为看到这些结论你会说出: that's easy. 因为你已经看透了值与引用的本质。

无论是值类型还是对象类型，他们在传递的时候都是把传递的变量中的值复制了一份
，如果是普通变量拿到的就是普通的值，如果是对象类型，拿到的就是变量中存储的地址。

因为传递过来的参数与复制的参数都引用了同一个地址，所以复制的那个参数对对应的内存区域做出更改后，所有引用了该地址的应用变量都会取到更改后的值。

相信你肯定遇到过以下的异常:NullPointerException或者NullReferenceException......，我相信你已经猜到了是什么原因，就是因为那个引用变量中存储的地址是个空值(空值的概念其实并不简单，这很复杂，这里就不提及了)。空引用表示在堆中没有任何一块区域和该引用变量有引用关系，所以当我们去修改其引用的值时，会抛出空指针异常。

即便是我很认真地写这些内容，但仍不能避免博客中可能会出现错误，如果发现该篇博客中有错误，请私信我(๑•̀ㅂ•́)و✧