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。