Java中的对象类型像引用还是指针，谁是谁非？

Java中的对象类型像引用还是指针，谁是谁非？

作者：海枫

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作为一名程序员，我们应该对新知识和新技术刨根问底，而不应泛泛而谈。我未曾接触到Java的时候，我想听得最多的东西还是关于Java中不存在指针的问题。此时，我会不断地想：如果Java不存在指针的话，那么是如何实现复杂的数据结构？这样的语言与VB有什么差别？如果一个静态过程式或面向对象语言，如果不存在指针的话，那它如何会得到程序员的喜爱呢？功能是何其的有限？幸好有机会和一位师弟在交流C#，当时我也没有接触过C#，不过从他的观点令我看清楚了一些问题。我还是很清楚地记得他说了一句：C#中同样有指针，不过是有限制的指针，因此在C#中把它称为引用(references)。经过对Java的学习后，我非常赞同他的那句话。即是Java中也存在指针，不过是限制的指针，因此在Java语言的规范说明里把它称为引用。下在从C++中的对象类型为依据，谈谈Java语言中的引用到底与C++中的哪种对象类型更类似。

Java的对象类型

在这里，我不泛谈程序语言原理方面的知识，如何为引用，何为指针。只以C++的对象类型为蓝本，讨论C++中对象类型与Java对象类型的异同。

C++的对象类型分为三种：对象变量，对象指针和对象引用（这里特指是C++的引用）。对象变量，与基本数据类型变量一样，分配在栈中，对象在栈的生命空间结束后，系统会自动释放对象所占用的空间；对象指针，与C语言中的指针一样，都是一个地址，它指向栈中或堆中的一个对象。对象引用是C++中与C不同之外，形象地说，引用就是一个别名，定义引用的时候必须一起初始化，不能引用不存在的对象。下面是C++中定义三种对象类型的代码：

String a(“string a”);

String *pA = &a;

String *pB = new String(“string b”);

String &c = a;

语句1中定义一个String变量a，它的内容是”string a”；语句2中定义一个String对象指针，它指向对象a(栈对象)；语句3中定义一个String对象指针，不过它指向一个分配在堆中的对象。最后一个语句是定义一个String对象的引用c，它引用a，也即是说c是a的别名，即同一个变量，两个不同的名字而已。只要改变a或c，该变量内容都会发生改变的。

Java中的对象类型只有一种，那就是引用（注意是Java的引用，而非C++的引用）。下面是定义一个引用的代码。

String s = new String(“string”);

在执行此代码时，在内存空间生成的结构如下面所示：

+--------+ +-------------------------+

|引用s |--------------------à|对象内容为“string”|

+-------- + +-------------------------+

上面的语句中其实做了两件事情，在堆中创建了一个String对象，内容为”string”，在栈中创建了一个引用s，它指向堆中刚创建好的String对象。并且引用s值的改变不影响它所指的对象，只有通过它调用对象的方法对可能改变对象的内容。请看如下语句：

s = new String(“abc”);

在上面这个语句中，只改变s的值，因此不会对内容为”string”对象造成影响（不考虑垃圾回收情况）。只不过是s指向堆中的新对象而已，从指针上来说，就是s的值改变了而已。

从上面来看，Java的引用，并不与C++的引用相同，因此它不是一个别名；与对象变量也不同，它只是表示一个内存位置，该位置就是存在一个对象的位置，而不是真实的对象变量。并且从指针的意义角度来说，C/C++的指针与Java的引用却是不谋而合。它们都表是一个内存地址，都可以通过这个内存地址来操纵它所对应的对象。因此Java的引用更像C++中的指针，在下文中把它称为Java中的指针，同样也可称为Java中的引用。

Java中的指针与C++中的指针

本文开始提到Java中的指针是限制的指针，那么在这里分析Java中的指针可以执行什么运算符。

在C++的对象指针里面，出现的指针运算符主要有以下几个：*，->。

运算符*是返回指针所指向的对象，而->是返回指针所指向对象的数据成员或方法成员。由于不存在对象变量，而是通过指针来访问对象的，因此Java中不需要提供*运算符，这是Java优化了C++的一个指针问题。对于->运行符，Java的指针是提供的，不过是采用.运算符的方式提供，看起来与C++中对象变量的.运算符一样，其实意义是有不一样的地方。

如String s = new String(“abc”);

s.indexOf(“a”);

与下面C++代码等价的

String *s = new String(“abc”);

s->indexOf(“a”);

对于C++中对象变量出现的复制构造函数，“=”运算符以及“==”运算符问题同样在Java中出现。

在C++中，如果类没有定义它的“=”运算符，那么有可能会出现浅度复制，而非深度复制，Java也有类似的问题。两者要程序员采用深度复制的策略编写构造函数；如果C++中的对象没有定义“==”运算法，那么它会依次对两个变量比较它的数据成员，看是否都相等。如果定义则按用户的比较方式进行比较。在Java，Object对象定义了equals方法，这个方法是用来比较两个对象如果相等的，Object中的equals方法只是比较两个指针的值是否相等而已，要根据所指向的对象内容进行比较，那应重写该类的equals方法。

正因为Java中存在指针，所以使用Java同样能写出丰富的数据结构，java中的集合框架就是最好的例子。

上面只要谈到Java中指针与C++中指针相同或类似的部分，我觉得两者之间是有差别的，差别主要有三个。

C++中的指针是可以参与和整数的加减运算的，当一个指对指向一个对象数组时，可以通过自增操作符访问该数组的所有元素；并且两个指针能进行减运算，表示两个指表所指向内存的“距离”。而Java的指针是不能参与整数运算和减法运算的。

C++中的指针是通过new运算或对象变量取地址再进行赋值而初始化的，可以指向堆中或栈中的内存空间。Java同样是类似的，通new运算得到初始化。Java中指针只能是指向堆中的对象，对象只能生存在堆中。C语言是可以通过远指针来指向任意内存的地址，因而可以该问任意内存地址（可能会造成非法访存）；Java中的指针向的内存是由JVM来分配的中，由于new运算来实现，不能随所欲为地指向任意内存。

C++中通过delete和delete[] 运算符进行释放堆中创建的对象。如果对象生存周期完结束，但没有进行内存释放，会出现内存泄露现象。在Java中，程序员不用显式地释放对象，垃圾回收器会管理对象的释放问题，不用程序员担心。Java使用了垃圾回收机制使得程序不用再管理复杂的内存机制，使软件出现内存泄露的情况减少到最低。

小结

通过上面的分析，我们可以得到这样的结论：Java中的引用与C++中的引用是不同的，并且Java中的引用更像C++中的指针。因此，可以认为Java中的引用就是指针，是一种限制的指针，不能参与整数运行和指向任意位置的内存，并且不用显示回收对象。除了Java外，就本文开头提到的C#以及VB.NET中出现的引用，都类似于C++中的指针。Java中的采用引用的说法，其实是想程序员忘记指针所带来的痛苦；Java的引用比C++中的指针好用得多了，也容易管理，同时提供内存管理机制，让大家用得安心，写得放心而已。

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