面試官刁難:Java字符串可以引用傳遞嗎?


老讀者都知道了,六年前,我從蘇州回到洛陽,抱着一幅“海歸”的心態,投了不少簡歷,也“約談”了不少面試官,但僅有兩三個令我感到滿意。其中有一位叫老馬,至今還活在我的手機通訊錄里。他當時扔了一個面試題把我砸懵了:“王二,Java 字符串可以引用傳遞嗎?”

當時二十三歲,正值青春年華,從事 Java 編程已有 N 年經驗(N < 4),自認為所有的面試題都能對答如流,結果沒想到啊,被“刁難”了——原來洛陽這塊互聯網的荒漠也有技術專家啊。現在回想起來,臉上不自覺地泛起了羞愧的紅暈:主要是自己當時太菜了。不管怎么說,是時候寫篇文章剖析一下字符串是否可以引用傳遞了。

對於絕大多數的初級程序員或者說不重視“內功”的老鳥來說,往往停留在“知其然不知其所以然”的層面上——會用,略知一二,但要求他把問題說清楚的時候,就只能撓撓頭雙手一攤一張問號臉了。

好了,讓我們來步入正題。先來看一段有趣但令人困惑的代碼片段吧。

public static void main(String[] args) {
    String x = new String("沉默王二");
    change(x);
    System.out.println(x);
}

public static void change(String x) {
    x = "沉默王三";
}

從代碼的字面邏輯來看,程序應該輸出“沉默王三”,但事與願違,程序輸出的結果卻是“沉默王二”。change() 方法做的是無用功,因為 String 是值傳遞而不是引用傳遞。引用傳遞可以在被調用的方法中對實參進行修改,但值傳遞卻不可以。為什么呢?

x 存儲的是一個引用,該引用指向內存中的“沉默王二”字符串對象。當我們把 x 作為參數傳遞給 change() 方法時,x 仍然指向的是內存中“沉默王二”字符串,就像下面這幅圖表達的意思一樣。

那么問題來了。正因為 Java 是值傳遞,x 的值是“沉默王二”的引用。那么當 change() 方法被調用的時候,x 不是剛好指向了內存中新創建的字符串對象“沉默王三”了嗎?就像下面這幅圖表達的意思那樣。

哦,看起來是一個很完美的解釋,對吧?但這樣的解釋存在一些問題。

當字符串“沉默王二”被創建的時候,Java 會在內存中申請一小段空間,用來存儲這個字符串對象。然后呢,把對象的引用指向了變量 x,也就是說,變量 x 實際上存儲的是對象的引用(對象在內存中存儲的地址)。

我相信大家對上面這一點(對象和對象引用)已經完全理解了。

關鍵的點來了。當變量 x 作為參數(實參)傳遞給 change() 方法時,實際上傳遞的是 x 的一個拷貝(形參)。在 change() 方法中,形參 x 起先引用的也是“沉默王二”這個對象,當執行 x = "沉默王三" 的時候,會在內存中創建新的字符串“沉默王三”,然后形參 x 不再引用“沉默王二”這個對象了,改為引用“沉默王三”這個對象了。但實參 x 呢?並沒有發生任何的改變!就像下面這幅圖一樣。

假如我們真的需要改變字符串呢?那就不能使用 String 類了,最好使用 StringBuilder,來擼一串代碼吧。

public static void main(String[] args) {
    StringBuilder x = new StringBuilder("沉默王二");
    change(x);
    System.out.println(x);
}

public static void change(StringBuilder x) {
    x.delete(3,4).append("三");
}

上述代碼會輸出“沉默王三”,但假如我們使用 new 關鍵字重新對形參 x 進行賦值,就無濟於事。

public static void main(String[] args) {
    StringBuilder x = new StringBuilder("沉默王二");
    change(x);
    System.out.println(x);
}

public static void change(StringBuilder x) {
    x = new StringBuilder("沉默王三");
}

程序輸出的結果仍然是“沉默王二”,原因其實和 String 一樣,change() 方法在內存中創建了新的字符串“沉默王三”,然后形參 x 不再引用“沉默王二”這個對象,改為引用“沉默王三”這個對象了。但實參 x 並沒有任何改變。

看到這,有些讀者可能更疑惑了。x = new StringBuilder("沉默王三") 不可以改變實參,而 x.delete(3,4).append("三") 卻可以,為什么?為什么?為什么?為什么呢?

不要着急,我們來分析一下 delete() 方法的源碼。

public AbstractStringBuilder delete(int start, int end) {
    int len = end - start;
    if (len > 0) {
        System.arraycopy(value, start+len, value, start, count-end);
        count -= len;
    }
    return this;
}

其中 value 是一個字符數組,用來存儲字符序列;count 用來表示字符序列中實際有效的字符數量。

count -= len 執行之前,value 的字符內容為“沉默王二”,count 為 4。我是怎么知道的呢?通過 IDEA 的 debug 視圖,截圖為證。

count -= len 執行之后,value 的字符內容仍然為“沉默王二”,但 count 變成了 3。

當鼠標停留在 this 上時,此時的字符內容為“沉默王”,也就意味着 x 當前的字符內容為“沉默王”。同樣的,當我們在 append() 方法上進行 debug 的時候,也可以觀察到字符串發生變化的細節。

append() 方法執行結束后,此時形參 x 的字符內容為“沉默王三”。

change() 方法執行完后,此時實參 x 的字符內容為“沉默王三”。

通過上面的源碼分析,大家應該會發現另外一個事實:x 對象始終是“StringBuilder@512”,這意味着什么呢?一圖勝千言,畫個圖大家一看就明白了。

由於形參 x 和實參 x 引用的都是同一個對象,那么 change() 方法執行結束后,實參 x 的字符內容自然也就發生了變化。

綜上所述:Java 字符串不是引用傳遞而是值傳遞;更進一步的說,Java 只有值傳遞,沒有引用傳遞。

遙想公瑾當年,小喬初嫁了,雄姿英發。

羽扇綸巾,談笑間,檣櫓灰飛煙滅。

故國神游,多情應笑我,早生華發。

哎,后悔啊,早年我要是能把這道面試題吃透的話,也不用被老馬刁難了。另外,我想要告訴大家的是,作為程序員,我們千萬不要輕視這些基礎的知識點。因為基礎的知識點是各種上層技術共同的基礎,只有徹底地掌握了這些基礎知識點,才能更好地理解程序的運行原理,做出更優化的產品。


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