从C语言出发 分析Java、C++、Python是值传递还是引用传递

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。

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

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;?Stringname?=?newString(?"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：

Stringname?=?"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。

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

intfunc_a(?inta,?int*b)?{?a?=?5;?*b?=?5;?};

intmain(?void)?{?inta?=?10;?intb?=?10;?func_a(a,?&b);printf(?"a=%d,?b=%dn",?a,?b);?return0;?}

//?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。

pass?by?value?in?java

举个最简单的例子来说明下：

publicclassHelloWorld{?publicstaticvoidChangeRef(?String?name)?{?name?=?newString(?"xiaobei");?}

publicstaticvoidmain(?String[]?args)?{?String?name?=?newString(?"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。

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。这里就不再过多展开。

以上，希望能帮到大家。