Java 值類型的一些思考

在我們學(xué)習(xí)java的時候讥蔽,看的一些比較經(jīng)典的書籍析恋,比如<<java核心技術(shù)>>都會告訴我們java是有值類型的,這些都是一些簡單的基本類型锹引,比如整形(int矗钟、short,long),浮點(diǎn)型(float,double)嫌变、字符型char吨艇、邏輯型boolean。

Java 有值類型腾啥,其實(shí)是長久以來的一種誤解东涡,它混淆了實(shí)現(xiàn)和語義的區(qū)別。不要以為 Java 的官方文檔那樣寫就是權(quán)威定論倘待,就可以說“王垠不懂” :) 當(dāng)你認(rèn)為王垠不懂一個初級問題的時候疮跑,都需要三思,因?yàn)樗赡苁谴笾侨粲蕖?看了我下面的論述凸舵,也許你會發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該懷疑的是祖娘,Java 的設(shè)計(jì)者到底有沒有搞明白這個問題。

胡扯結(jié)束贞间,現(xiàn)在來說正事贿条。Java,Scheme 等語言的原始類型增热,比如 char,int胧辽,boolean峻仇,double 等,在“實(shí)現(xiàn)”上確實(shí)是通過值(而不是引用邑商,或者叫指針)直接傳遞的摄咆,然而這完全是一種為了效率的優(yōu)化(叫做 inlining)。這種優(yōu)化對于程序員應(yīng)該是不可見的人断。Java 繼承了 Scheme/Lisp 的衣缽吭从,它們在“語義”上其實(shí)是沒有值類型的。

這不是天方夜譚恶迈,為了理解這一點(diǎn)涩金,你可以做一個很有意思的思維實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在你把 Java 里面所有的原始類型都“想象”成引用類型,也就是說步做,所有的 int, boolean 等原始類型的變量都不包含實(shí)際的數(shù)據(jù)副渴,而是引用(或者叫指針),指向堆上分配的數(shù)據(jù)全度。然后你會發(fā)現(xiàn)這樣“改造后”的 Java煮剧,仍然符合現(xiàn)有 Java 代碼里能看到的一切現(xiàn)象。也就是說将鸵,原始類型被作為值類型還是引用類型勉盅,對于程序員完全沒有區(qū)別。

舉個簡單的例子顶掉,如果我們把 int 的實(shí)現(xiàn)變成完全的引用菇篡,然后來看這段代碼:

int x = 1;? ? // x指向內(nèi)存地址A,內(nèi)容是整數(shù)1

int y = x;? ? // y指向同樣的內(nèi)存地址A一喘,內(nèi)容是整數(shù)1

x = 2;? ? ? ? // x指向另一個內(nèi)存地址B驱还,內(nèi)容是整數(shù)2。y仍然指向地址A凸克,內(nèi)容是1议蟆。

由于我們改造后的 Java 里面 int 變量全部是引用,所以第一行定義的 x 并不包含一個整數(shù)萎战,而是一個引用咐容,它指向堆里分配的一塊內(nèi)存,這個空間的內(nèi)容是整數(shù) 1蚂维。在第二行戳粒,我們定 int 變量 y,當(dāng)然它也是一個引用虫啥,它的值跟 x 一樣蔚约,所以 y 也指向同一個地址,里面的內(nèi)容是同一個整數(shù):1涂籽。在第三行苹祟,我們對 x 這個引用賦值。你會發(fā)現(xiàn)一個很有意思的現(xiàn)象评雌,雖然 x 指向了 2树枫,y 卻仍然指向 1。對 x 賦值并沒能改變 y 指向的內(nèi)容景东,這種情況就跟 int 是值類型的時候一模一樣砂轻!所以現(xiàn)在雖然 int 變量全部是引用,你卻不能實(shí)現(xiàn)共享地址的引用能做的事情:對 x 進(jìn)行某種操作斤吐,導(dǎo)致 y 指向的內(nèi)容也發(fā)生改變搔涝。

出現(xiàn)這個現(xiàn)象的原因是厨喂,雖然現(xiàn)在 int 成了引用類型,你卻并不能對它進(jìn)行引用類型所特有(而值類型沒有)的操作体谒。這樣的操作包括:

deref杯聚。就像 C 語言里的 * 操作符。

成員賦值抒痒。就像對 C struct 成員的 x.foo = 2 幌绍。

在 Java 里,你沒法寫像 C 語言的 *x = 2 這樣的代碼故响,因?yàn)?Java 沒有提供 deref 操作符 *傀广。你也沒法通過 x.foo = 2 這樣的語句改變 x 所指向的內(nèi)存數(shù)據(jù)(內(nèi)容是1)的一部分,因?yàn)?int 是一個原始類型彩届。最后你發(fā)現(xiàn)伪冰,你只能寫 x = 2,也就是改變 x 這個引用本身的指向樟蠕。x = 2 執(zhí)行之后贮聂,原來數(shù)字 1 所在的內(nèi)存空間并沒有變成 2,只不過 x 指向了新的地址寨辩,那里裝著數(shù)字 2 而已吓懈。指向 1 的其它引用變量比如 y,不會因?yàn)槟氵M(jìn)行了 x = 2 這個操作而看到 2靡狞,它們?nèi)匀豢吹皆瓉砟莻€1……

在這種 int 是引用的 Java 里耻警,你對 int 變量 x 能做的事情只有兩種:

讀出它的值。

對它進(jìn)行賦值甸怕,使它指向另一個地方甘穿。

這兩種事情,就跟你能對值類型能做的兩件事情沒有區(qū)別梢杭。這就是為什么你沒法通過對 x 的操作而改變 y 表示的值温兼。所以不管 int 在實(shí)現(xiàn)上是傳遞值還是傳遞引用,它們在語義上都是等價的式曲。也就是說妨托,原始類型是值類型還是引用類型,對于程序員來說完全沒有區(qū)別吝羞。你完全可以把 Java 所有的原始類型都想成引用類型,之后你能對它們做的事情内颗,你的編程思路和方式钧排,都不會因此有任何的改變。

從這個角度來看均澳,Java 在語義上是沒有值類型的恨溜。值類型和引用類型如果同時并存符衔,程序員必須能夠在語義上感覺到它們的不同,然而不管原始類型是值類型還是引用類型糟袁,作為程序員判族,你無法感覺到任何的不同。所以你完全可以認(rèn)為 Java 只有引用類型项戴,把原始類型全都當(dāng)成引用類型來用形帮,雖然它們確實(shí)是用值實(shí)現(xiàn)的。

一個在語義上有值類型的語言(比如 C#周叮,Go 和 Swift)必須具有以下兩種特性之一(或者兩者都有)辩撑,程序員才能感覺到值類型的存在:

deref 操作。這使得你可以用 *x = 2 這樣的語句來改變引用指向的內(nèi)容仿耽,導(dǎo)致共享地址的其它引用看到新的值合冀。你沒法通過 x = 2 讓其他值變量得到新的值,所以你感覺到值類型的存在项贺。

像 struct 這樣的“值組合類型”君躺。你可以通過 x.foo = 2 這樣的成員賦值改變引用數(shù)據(jù)(比如 class object)的一部分,使得共享地址的其它引用看到新的值开缎。你沒法通過成員賦值讓另一個 struct 變量得到新的值棕叫,所以你感覺到值類型的存在。

實(shí)際上啥箭,所有的數(shù)據(jù)都是引用類型就是 Scheme 和 Java 最初的設(shè)計(jì)原理谍珊。原始類型用值來傳遞數(shù)據(jù)只是一種性能優(yōu)化(叫做 inlining),它對于程序員應(yīng)該是透明(看不見)的急侥。那些在面試時喜歡問“Java 是否所有數(shù)據(jù)都是引用”砌滞,然后當(dāng)你回答“是”的時候糾正你說“int,boolean 是值類型”的人坏怪,都是本本主義者贝润。

這是我在學(xué)習(xí)java的過程中遇到的一個很有意思的問題,java到底有沒有值類型铝宵,上面的內(nèi)容好像并沒有什么問題打掘,但是我心里依然覺得是不對的,有誰可以給我解釋一下嘛鹏秋,歡迎留言尊蚁。

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