问题##
1、Java到底是按值传递(Call by Value)，还是按引用传递(Call by Reference)？
2、如下面的代码，为什么不能进行交换？
public CallBy swap2(CallBy a,CallBy b) {
CallBy t = a;
a = b;
b = t;
return b;
}
3、如下面的代码，为什么能够交换成功？
public int swap2(CallBy a,CallBy b) {
int t = a.value;
a.value = b.value;
b.value = t;
return t;
}
简单的C++例子##
为了解决上面的三个问题，我们从简单的例子开始，为什么是C++的例子呢？看完了你就会明白。
假设我们要交换两个整形变量的值，在C++中怎么做呢？
我们来看多种方式，哪种能够做到.
#include <iostream>
using namespace std;
// 可以交换的例子
void call_by_ref(int &p,int &q) {
int t = p;
p = q;
q = t;
}
// 不能交换的例子
void call_by_val_ptr(int * p,int * q) {
int * t = p;
p = q;
q = t;
}
// 不能交换的例子
void call_by_val(int p,int q){
int t = p ;
p = q;
q = t;
}
int main() {
int a = 3;
int b = 4;
cout << "---------- input ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl << endl;
call_by_val(a,b);
cout << "---------- call_by_val ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl << endl;
call_by_val_ptr(&a,&b);
cout << "---------- call_by_val_ptr ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl << endl;
call_by_ref(a,b);
cout << "---------- call_by_ref ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
}
因为例子非常简单，看代码即可知道只有call_by_ref这个方法可以成功交换。这里，你一定还知道一种可以交换的方式，别着急，慢慢来，我们先看看为什么只有call_by_ref可以交换。
1、call_by_ref###
void call_by_ref(int &p,int &q) {
push %rbp
mov %rsp,%rbp
mov %rdi,-0x18(%rbp)
mov %rsi,-0x20(%rbp)
//int t = p;
mov -0x18(%rbp),%rax
//关键点：rax中存放的是变量的实际地址，将地址处存放的值取出放到eax中
mov (%rax),%eax
mov %eax,-0x4(%rbp)
//p = q;
mov -0x20(%rbp),%rax
//关键点：rax中存放的是变量的实际地址，将地址处存放的值取出放到edx
mov (%rax),%edx
mov -0x18(%rbp),%rax
mov %edx,(%rax)
//q = t;
mov -0x20(%rbp),%rax
mov -0x4(%rbp),%edx
//关键点：rax存放的也是实际地址，同上.
mov %edx,(%rax)
}
上面这段汇编的逻辑非常简单，我们看到里面的关键点都在强调：
将值存放在实际地址中.
上面这句话虽然简单，但很重要，可以拆为两点：
1、要有实际地址.
2、要有将值存入实际地址的动作.
从上面的代码中，我们看到已经有“存值”这个动作，那么传入的是否实际地址呢？
// c代码
call_by_val_ptr(&a,&b);
// 对应的汇编代码
lea -0x18(%rbp),%rdx
lea -0x14(%rbp),%rax
mov %rdx,%rsi
mov %rax,%rdi
callq 4008c0 <_Z11call_by_refRiS_>
注意到，lea操作是取地址，那么就能确定这种“按引用传递“的方式，实际是传入了实参的实际地址。
那么，满足了上文的两个条件，就能交换成功。
2、call_by_val###
call_by_val的反汇编代码如下：
void call_by_val(int p,int q){
push %rbp
mov %rsp,%rbp
mov %edi,-0x14(%rbp)
mov %esi,-0x18(%rbp)
//int t = p ;
mov -0x14(%rbp),%eax
mov %eax,-0x4(%rbp)
//p = q;
mov -0x18(%rbp),%eax
mov %eax,-0x14(%rbp)
//q = t;
mov -0x4(%rbp),%eax
mov %eax,-0x18(%rbp)
}
可以看到，上面的代码中在赋值时，仅仅是将某种”值“放入了寄存器，再观察下传参的代码：
// c++代码
call_by_val(a,b);
// 对应的汇编代码
mov -0x18(%rbp),%edx
mov -0x14(%rbp),%eax
mov %edx,%esi
mov %eax,%edi
callq 400912 <_Z11call_by_valii>
可以看出，仅仅是将变量a、b的值存入了寄存器，而非”地址“或者能找到其”地址“的东西。
那么，因为不满足上文的两个条件，所以不能交换。
这里还有一点有趣的东西，也就是我们常听说的拷贝（Copy）：
当一个值，被放入寄存器或者堆栈中，其拥有了新的地址，那么这个值就和其原来的实际地址没有关系了，这种行为，是不是很像一种拷贝？
但实际上，在我看来，这是一个很误导的术语，因为上面的按引用传递的call_by_ref实际上也是拷贝一种值，它是个地址，而且是实际地址。
所以，应该记住的是那两个条件，在你还不能真正理解拷贝的意义之前最好不要用这个术语。
2、call_by_val_ptr###
这种方式，本来是可以完成交换的，因为我们可以用指针来指向实际地址，这样我们就满足了条件1：
要有实际地址。
别着急，我们先看下上文的实现中，为什么没有完成交换：
void call_by_val_ptr(int * p,int * q) {
push %rbp
mov %rsp,%rbp
mov %rdi,-0x18(%rbp)
mov %rsi,-0x20(%rbp)
//int * t = p;
mov -0x18(%rbp),%rax
mov %rax,-0x8(%rbp)
//p = q;
mov -0x20(%rbp),%rax
mov %rax,-0x18(%rbp)
//q = t;
mov -0x8(%rbp),%rax
mov %rax,-0x20(%rbp)
}
可以看到，上面的逻辑和call_by_val非常类似，也只是做了将值放到寄存器这件事，那么再看下传给它的参数：
// c++代码
call_by_val_ptr(&a,&b);
// 对应的汇编代码
lea -0x18(%rbp),%rdx
lea -0x14(%rbp),%rax
mov %rdx,%rsi
mov %rax,%rdi
callq 4008ec <_Z15call_by_val_ptrPiS_>
注意到，lea是取地址，所以这里实际也是将地址传进去了，但为什么没有完成交换？
因为不满足条件2：
将值存入实际地址。
call_by_val_ptr中的交换，从汇编代码就能看出，只是交换了指针指向的地址，而没有通过将值存入这个地址而改变地址中的值。
Java##
通过上面的例子，我们掌握了要完成交换的两个条件，也了解了什么是传引用，什么是传值，从实际效果来讲：
如果传入的值，是实参的实际地址，那么就可以认为是按引用传递。否则，就是按值传递。而实际上，传值和传引用在汇编层面或者机器码层面没有语义，因为都是将某个”值“丢给了寄存器或者堆栈。
所以，类似Java是按值传递还是按引用传递这种问题，通常没有任何意义，因为要看站在哪个抽象层次上看。
如果非要定义一下，好吧，也许你会在面试中碰到这种问题，那么最好这样回答：
Java是按值传递的，但可以达到按引用传递的效果。
那么，什么是有意义的呢？
上文的那两个条件。
但从编译的角度讲，引用和地址有很强的关系，却不是一回事。
Java按值传递的行为###
我们回顾下开头的三个问题中的第二个问题：
如下面的代码，为什么不能进行交换？
public CallBy swap2(CallBy a,CallBy b) {
CallBy t = a;
a = b;
b = t;
return b;
}
我们首先从比较简单的bytecode看起：
public com.haoran.CallBy swap2(com.haoran.CallBy, com.haoran.CallBy);
descriptor: (Lcom/haoran/CallBy;Lcom/haoran/CallBy;)Lcom/haoran/CallBy;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=4, args_size=3
0: aload_1
1: astore_3
2: aload_2
3: astore_1
4: aload_3
5: astore_2
6: aload_2
7: areturn
LineNumberTable:
line 45: 0
line 46: 2
line 47: 4
line 48: 6
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 8 0 this Lcom/haoran/CallBy;
0 8 1 a Lcom/haoran/CallBy;
0 8 2 b Lcom/haoran/CallBy;
2 6 3 t Lcom/haoran/CallBy;
集中精力看这一块：
//t = a
0: aload_1
1: astore_3
//a = b
2: aload_2
3: astore_1
//b = t
4: aload_3
5: astore_2
6: aload_2
代码很简单，注释也表明了在做什么， 那么需要不需要看传递给它什么参数呢？
不需要，先看下汇编代码，满足不满足”将值放到实际地址“这个条件，我们截取a = b这一句来观察：
// a = b bytecode
2: aload_2
3: astore_1
/***************************************
* aload_2对应的汇编（未优化）
****************************************/
mov -0x10(%r14),%rax
//----------------------------------------
movzbl 0x1(%r13),%ebx
inc %r13
movabs $0x7ffff71ad900,%r10
jmpq *(%r10,%rbx,8)
/***************************************
* astore_1对应的汇编（未优化）
****************************************/
pop %rax
mov %rax,-0x8(%r14)
//----------------------------------------
movzbl 0x1(%r13),%ebx
inc %r13
movabs $0x7ffff71ae100,%r10
jmpq *(%r10,%rbx,8)
如果将上面的代码和c++实例中的call_by_ref和call_by_val对比，就会发现，上面的代码缺失了这样一种语义：
将值放入实际地址中。
其仅仅是将值放入寄存器或者堆栈上，并没有将值放入实际地址这个操作。
为什么不需要观察给这个方法传参的过程？
这是一个很简单的必要条件问题，所以，不需要观察。
从上面的过程来看，Java的行为是Call by Value的。
Java按引用传递的行为###
现在来讨论第三个问题：
如下面的代码，为什么能够交换成功？
public int swap2(CallBy a,CallBy b) {
int t = a.value;
a.value = b.value;
b.value = t;
return t;
}
还是从bytecode先看起：
public com.haoran.CallBy swap2(com.haoran.CallBy, com.haoran.CallBy);
descriptor: (Lcom/haoran/CallBy;Lcom/haoran/CallBy;)Lcom/haoran/CallBy;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=3
0: aload_1
1: getfield #2 // Field value:I
4: istore_3
5: aload_1
6: aload_2
7: getfield #2 // Field value:I
10: putfield #2 // Field value:I
13: aload_2
14: iload_3
15: putfield #2 // Field value:I
18: aload_1
19: areturn
LineNumberTable:
line 41: 0
line 42: 5
line 43: 13
line 44: 18
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 20 0 this Lcom/haoran/CallBy;
0 20 1 a Lcom/haoran/CallBy;
0 20 2 b Lcom/haoran/CallBy;
5 15 3 t I
聚焦putfield这句字节码，其对应的是在b.value的值放到操作数栈顶后，拿下这个值，赋 给a.value：
a.value = b.value;
因为putfield字节码对应的汇编代码非常长，我们进一步聚焦其宏汇编，因为CallBy类的value字段，是个int型，所以我们关注itos：
// itos
{
__ pop(itos);
if (!is_static) pop_and_check_object(obj);
// 关键点：只看这里
__ movl(field, rax);
if (!is_static) {
patch_bytecode(Bytecodes::_fast_iputfield, bc, rbx, true, byte_no);
}
__ jmp(Done);
}
其中关键的一句：__ movl(field, rax);
void Assembler::movl(Address dst, Register src) {
InstructionMark im(this);
prefix(dst, src);
emit_int8((unsigned char)0x89);
emit_operand(src, dst);
}
movl对应的汇编代码：
// 对应的关键汇编代码
...
mov %eax,(%rcx,%rbx,1)
...
上面的汇编代码的意思是：
将eax中的值存入rcx + rbx*1所指向的地址处。
其中,eax的值就是b.value的值，而rcx+rbx*1所指向的地址就是a.value的地址。
上面的过程满足了这样的语义：
将值存入实际地址中.
所以，a.value和b.value可以交换，类似这样，Java的按值传递方式也可以表现出按引用传递的行为。
另一种交换值的方式##
还记得在C++的实例中，我们提到还有一种交换值的方式，是什么呢？
call_by_WHAT###
void call_by_WHAT(int * p,int * q) {
int t = *p;
*p = *q;
*q = t;
}
这样传参：
int main() {
int a = 3;
int b = 4;
cout << "---------- input ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl << endl;
call_by_WHAT(&a,&b);
cout << "---------- call_by_WHAT ------------" << endl;
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
}
会不会交换呢？
// 输出
---------- input ------------
a = 3, b = 4
---------- call_by_WHAT ------------
a = 4, b = 3
从这种方式中，我们也看到了所有能够交换值的方式的统一性：
1、指针p、q或者对象引用objectRef，能够直接指向对象的实际地址。
2、要有一个将值放入实际地址的操作：
// C/C++
*p = *q;
...
// Java
putField -> a.value = b.value
...
// 汇编
mov reg_src , (reg_dst)
mov reg_src , (addr_dst)
...
结语##
老生常谈，并无LUAN用，终。