• Java的引用到底是什么?和C/C++的指针有什么区别?


    点进这篇文章的朋友们,如果对「指针」没有概念,那么请面壁思过。

    你不是一个正统的程序员,你是野路子,是faker,在技术这条路上注定走不远。

    住嘴

    闲话少述,正文开始。

    1、从操作符说起

    要看「引用」和「指针」的区别,首先要看操作符。

    • 在c/c++中,指针相关的操作符有3个:**& -> ***
    • 在Java中,引用相关的操作符有1个:.

    What,引用就一个操作符???那我们就来看下,操作符各有什么作用

    注:指针使用结构体来举例,便于和引用的对象来比较

    1.1、C/C++中指针操作符 & -> * 的作用

    • 定义一个结构体和变量

      typedef stuct {
          int sex;
          int age;
      } student_t;
      
      student_t stu1 = {1, 20};
      
    • 操作符**&,将数据的地址读取到一个指针**:

      int* p_addr = &stu1; // 创建一个指针p_addr,p_addr存储了stu1的地址
      
    • 操作符**->,读/写一个指针所指向结构体地址的成员数据**

      int age = p_addr->age;
      p_addr->age = 44;
      
    • 操作符*****,读/写一个指针中地址的数据:

      student_t stu2 = *p_addr; // 将p_addr地址的数据读取到stu2
      *p_addr = {2, 8}; // 将数据写入p_addr地址
      

    注:c++中也有引用,但不在本文讨论范围内

    1.2、Java中引用操作符 . 的使用

    • 定义一个类和对象

      public class Student{
          public Integer sex;
          public Integer age;
          
          Student(Integer s, Integer a) {
              sex = s;
              age = a;
          }
      }
      Student stu1 = new Student(1, 20); // 创建一个引用stu1,stu1中存储的不是对象的数据,而是是对象的地址,也即引用
                                         // stu1存放在stack,对象存放在heap
      
    • 将数据的地址读取到一个引用

      Student p_addr = stu1; // 创建一个引用p_addr,把stu1中存储的对象的地址,赋给p_addr
      
    • 读/写一个引用所指向对象地址的成员数据

      Integer age = stu.age;
      stu.age = 44;
      

      注:Java只有引用,没有指针,而引用弱化了地址和数据的概念,所以程序员们更要深刻理解引用的本质,写出更健壮的代码。

    小机灵鬼

    如此看来,C/C++指针的操作符 * 能干的活,Java的引用干不了,也就是指针能直接对地址的数据进行读/写,引用则不能。

    那咱就来看看,具体那些活是指针能干,引用干不了。。。

    2、指针能干,引用干不了的活~

    2.1、指针可以指向任意一个地址,引用只能指向一个对象

    • 指针可以给用操作符&给其一个数据的地址,也可以直接给其一个地址,甚至空地址

      student_t* p_addr = &stu1;
      student_t* p_addr = 0x12000;
      student_t* p_addr = NULL;
      
    • 指针可以对地址进行加减操作,从而修改相邻地址的数据,比如修改一个数组

      int data[4] = {1,2,3,4};
      int* p_addr = data;
      *p_addr = 6;
      p_addr += 1;
      *p_addr = 7;
      p_addr += 1;
      *p_addr = 8;
      p_addr += 1;
      *p_addr = 9;
      // 此时数组内数据为:{6,7,8,9}
      
    • 引用只能指向一个对象,不能直接给其一个地址,也不能空引用

      Student stu = new Student();
      Student stu = 0x12000; // 对不起,编译不通过。。。
      

    2.1.1、有什么用?

    在底层驱动开发时,寄存器的地址是固定的,

    • 想要修改寄存器的数据,需创建一个指针,把寄存器地址赋给指针,然后去修改寄存器。

      // 点亮一个LED
      int* p_led_addr = 0x1233; // LED寄存器地址是0x1233,将其赋给指针p_led_addr
      *p_led_addr = 1; // LED亮
      *p_led_addr = 0; // LED灭
      int state = *p_led_addr; // 读取LED的亮灭状态
      
    • 修改连续地址的多个寄存器

      // 点亮多个LED
      int* p_led_addr = 0x1233; // LED寄存器地址是0x1233,将其赋给指针p_led_addr
      *p_led_addr = 1; // LED亮
      *(p_led_addr+1) = 1; // LED2亮
      *(p_led_addr+2) = 1; // LED3亮
      

    显而易见,引用能不能干???干不了!

    2.2、指针可以随意修改所指向地址的数据

    • 指针大法

      student_t* p_addr = &stu1; // 创建Student类型的指针,指向一个stu1
      *p_addr = 24242; // 将24242写入stu1的地址
      
    • 引用只能修改所指向对象的固定成员,或者通过所指向对象提供的固定方法来修改数据

    • 有什么用?

      • 好像没啥用。。。

    3、指针的缺陷

    3.1、野指针

    • 定义
      • 指针在创建时,未初始化,此时指向的地址是随机的!此时指针读写,破坏程序运行!
      • 指针所指向地址的数据已经被释放,此时指针读写,则破坏程序运行!
    • 原因
      • 指针可以指向任意一个地址;而引用必须指向一个确定的对象
      • 指针不能自动解除指向;而引用在指向的对象销毁时,会自动解引用
    • 后果
      • 程序奔溃、不能按预期运行、代码漏洞

    3.2、C语言强制类型转换造成的内存误修改

    • 定义
      • 将类型A的变量s,强制转换成类型B,然后将其s的地址赋给指向类型B的指针p,对指针p读写
      • 此时类型B的数据结构可能并不兼容类型A,导致对变量s的误修改
    • 原因
      • C语言强制类型转换的不严格检查,过于粗鲁
      • 这是C++为什么要引入四个转换符的原因
    • 后果
      • 程序奔溃、不能按预期运行、代码漏洞

    4、总结

    4.1、引用能做到的,指针都能无损的做到——反之则不行

    • 指针的操作符 * 能干的活,引用干不了,也就是指针能直接对地址的数据进行读写,引用则不能

    • 指针可以指向任意一个地址(甚至空地址),引用只能指向一个对象(不可空引用)

      • 指针可以对地址进行加减操作,从而修改相邻地址的数据,比如修改一个数组
      • 指针不能自动解除指向;而引用在指向的对象销毁时,会自动解引用
    • 指针可以随意修改所指向地址的数据

      • 引用只能修改所指向对象的固定成员,或者通过所指向对象提供的固定方法来修改数据

    4.2、指针的灵活带来缺陷,引用的不灵活带来安全

    引用避免了对地址的直接读写,增强了内存操作的规范,从而增强了语言内存安全性,降低了对开发者的要求。

    指针和引用,各有各的用途,我们理解本质后,在不同的场景选择合适的工具即可!

    回家吃饭

    4.3、题外话:C++引用和Java引用的区别

    C++中一个引用指向的地址不会改变,改变的是指向地址的内容,然而Java中引用指向的地址在变!!

    如果非要对比着看,那么Java中的“引用”倒是和C/C++的指针更像一些,和C++的“引用”很不一样。

    java去除指针概念,就用引用罗

    你看 java:

    A a = new A(1); 
    A b = new A(2); 
    b = a; 
    

    没有问题,a 和 b引用同一个对象A(2),原来的A(1)成为没有被引用的对象。 垃圾回收机制会在之后的某个时刻把A(1)干掉。

    而C++则不然。C++的引用就语义上说是“别名”【本质是个const指针,又叫指针常量】,而并不是指针的另一种用法:

    A a = A(1); 
    A b = A(2); 
    A& c = b; //c 是 b的别名 
    c = a; //并不是 c 引用 a,而是拷贝操作 c.operator= ( a ) 
    

    就语言机制来说,java的引用是用来管理和命名对象;

    而,C++的引用机制是很纯粹的,就是别名而已,一旦定义就无法修改,即无法再指向其他变量。

    每种语言的特性都是整体的有机部分。

    我们知道, java的引用机制是一个很复杂的机制。他必须区分“基本对象”和“复合对象”,你可以想象一下,如果其中没有基本对象,那么我们如何完成对象的复制? 唯一的解决方案是提供两个等于号,或者一律用构造函数… 但是综合来看,他和垃圾回收形成了相当完美的组合方案。

    而C++ 的引用机制为运算符重载提供了大幅度的支持。C++ 的引用是用类“模拟”基本对象的根本要求。 如果C++使用java那种引用,那么原本漂亮的 operator[]、 proxy class 等就很难实现了。 更进一步, C++ 的运算符重载对 C++ 的模版机制提供了强力的支持

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