Java-02对象传递和返回

Myth丶恋晨 2024-03-31 09:13 38阅读 0赞

Java-02对象传递和返回

***当你在“传递”一个对象的时候，你实际上是在传递它的引用***

## 1引用 ##

### 1.1传递引用 ###

当你将一个引用传给方法后，该引用指向的仍然是原来的对象:

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 10:14
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: PassRefences
     * @Description: TODO 传递引用
     * @Version 1.0
     */
    public class PassRefences {
        
        /**
         * 当你将一个引用传给方法后，该引用指向的仍然是原来的对象
         */
        public static void f(PassRefences h){
        
            System.out.println("h inside f(): " + h);
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            PassRefences p = new PassRefences();
            System.out.println("p inside main(): " + p);
            f(p);
        }
    }

### 1.2引用别名 ###

引用别名指的是不止一个引用被绑定到了同一个对象上的情况。

别名导致的问题主要发生在有人对对象进行**写**操作时。如果该对象的其他引用的持有者并不希望对象发生变更，那么结果将使其大感意外。

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 10:18
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: Alias1
     * @Description: TODO 引用别名
     * @Version 1.0
     */
    public class Alias1 {
        
        private int i;
    
        public Alias1(int ii) {
        
            this.i = ii;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Alias1 x = new Alias1(7);
            Alias1 y = x;
            System.out.println("x.i = " + x.i);
            System.out.println("y.i = " + y.i);
            System.out.println("Incrementing x");
            x.i++;
            System.out.println("x.i = " + x.i);
            System.out.println("y.i = " + y.i);
        }
    }
    /**
     * put:
     * x.i = 7
     * y.i = 7
     * Incrementing x
     * x.i = 8
     * y.i = 8
     */

为了避免上面的情况，解决方案如下:

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 10:18
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: Alias1
     * @Description: TODO 引用别名，解决方案
     * @Version 1.0
     */
    public class Alias2 {
        
        private int i;
    
        public Alias2(int ii) {
        
            this.i = ii;
        }
    
        public static void f(Alias2 ref){
        
            ref.i++;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Alias2 x = new Alias2(7);
            Alias2 y = x;
            System.out.println("x.i = " + x.i);
            System.out.println("y.i = " + y.i);
            System.out.println("Calling f(x_x)");
            f(y);
            System.out.println("x.i = " + x.i);
            System.out.println("y.i = " + y.i);
        }
    }

## 2创建本地副本 ##

Java中所有**参数传递**都是通过**传递引用**实现的。也就是说，当你传递“一个对象”时，你实际上传递的是存活于方法外部的指向这个对象的一个引用。因此，如果你通过该引用执行了任何修改，你也将修改外部的对象。

*  引用别名会在传递参数时自动修改
 *  并没有本地对象，只有**本地引用**
 *  引用是有作用域的，对象则没有
 *  Java中的对象生命周期从来就不是个问题

### 2.1值传递 ###

得到一个本地的副本。

1.  Java传递任何事物时，都是在传递该事物的值。
2.  Java在传递基本类型时，传递的是值，但在传递对象时，传递的则是引用。

### 2.2克隆对象 ###

创建对象的本地副本，最可能的原因时你要修改该对象，但并不想修改调用者的原有对象。这个时候就可以使用clone()方法了。

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 10:38
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: CloneArrayList
     * @Description: TODO clone()操作
     * @Version 1.0
     */
    class Int{
        
        private int i;
    
        public Int(int i) {
        
            this.i = i;
        }
        public void increment(){
        
            i++;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return Integer.toString(i);
        }
    }
    public class CloneArrayList {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            ArrayList<Int> v = IntStream.range(0, 10)
                    .mapToObj(Int::new)
                    .collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
            System.out.println("v = " + v);
            @SuppressWarnings("unchecked")
            ArrayList<Int> v2 = (ArrayList<Int>)v.clone();
            // Increment all v2's elements:
            v2.forEach(Int::increment);// 对v2中的元素进行自增
            // See if it changed v's elements:
            System.out.println("v: " + v);// 这时会发现v中的元素都+1
        }
    }

clone()方法生成了一杯Object，然后该Object必须被转换为合适的类型。本例演示了ArrayList的clone()方法如何不去自动尝试克隆ArrayList中的每个对象——原有的ArrayList和克隆的ArrayList都是同一个对象的不同引用别名。这是一种**浅拷贝（Shallow copy）**，因为只复制了对象的“表层”部分。实际对象的组成部分包括该“表层（引用）”、该引用指向的所有对象，以及所有这些对象所指向的所有对象，以此类推。

这通常称为“对象网络”。创建所有这些内容的完整副本，称为\*\*“深拷贝（deep copy）”\*\*

### 2.3为类增加可克隆能力 ###

并不是所有类自动具备克隆能力，为了让某个类具备克隆能力，就必须专门添加代码来使其具备克隆的能力：

*  利用protected的技巧
    
     *  调用super.clone()
     *  将你的克隆操作设为public
 *  实现Cloneable接口

### 2.4成功的克隆 ###

了解了实现clone()方法的细节，就能够创建出可轻松复制的类，以提供生成本地副本的能力

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 11:00
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: LocalCopy
     * @Description: TODO 用clone()创建本地副本
     * @Version 1.0
     */
    class Duplo implements Cloneable{
        
        private int n;
    
        public Duplo(int n) {
        
            this.n = n;
        }
    
        @Override
        public Duplo clone() {
        // 为了使cloen能被访问，设置为public
            try {
        
                return (Duplo) super.clone();// 上面说到的调用super.clone()，协变返回类型。
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
        public int getValue(){
        
            return n;
        }
        public void setValue(int n){
        
            this.n = n;
        }
        public void increment(){
        
            n++;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return Integer.toString(n);
        }
    }
    public class LocalCopy {
        
        public static Duplo g(Duplo v){
        
            // 传递引用，修改了外部的对象
            v.increment();
            return v;
        }
        public static Duplo f(Duplo v){
        
            v = v.clone(); //本地副本，由于方法进行了协变返回，此处就不需要转型
            v.increment();
            return v;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Duplo a = new Duplo(11);
            Duplo b = g(a);
            // Reference equivalence, not object equivalence:
            // 引用相等，并不是对象相等
            System.out.println("a == b: " + (a == b) +
                    "\na = " + a + "\nb = " + b);
            System.out.println("a.equals(b) = " + a.equals(b));
            Duplo c = new Duplo(47);
            Duplo d = f(c);// 克隆c赋值给d
            System.out.println("c == d: " + (c == d) +
                    "\nc = " + c + "\nd = " + d);
            System.out.println("c.equals(d) = " + c.equals(d));
        }
    }
    /**
     * Output:
     * a == b: true
     * a = 12
     * b = 12
     * a.equals(b) = true
     * c == d: false
     * c = 47
     * d = 48
     * c.equals(d) = false
     */

首先，为了使clone()能被访问，必须将它设为public的。其次，在你的clone()操作的开始部分，调用基类版本的clone()。这里调用的clone()即在Object中预先定义好的那个clone()，你可以调用该方法，是因为它是protected的，可以在子类中被访问。

Object.clone()会检测出该对象有多大，并为新对象创建足够的内存空间，然后将旧对象所有的二进制都复制到新对象中。这称为**按位复制**。在这个方法执行之前，会先检查（在继承层次结构中）是否有类是Cloneable的，也就是它是否实现了Cloneable接口。如果没有，Object.clone()会抛出CloneNotSupportedException异常，表示无法进行克隆。

### 2.5Object.clone()的效果 ###

根类中的clone方法负责创建正确大小的存储空间，并执行了从原始对象中的所有二进制位到新对象存储中的**按位复制**。

也就是说，该方法并不只是创建存储空间和复制一个Object，它实际上会判断要复制的实际对象（不只是基类对象，还包括派生对象）的大小，然后再进行复制。

所有这些都依靠在根类中定义的clone()方法的代码来实现，而根类并不知道具体哪个对象会被继承，在这个过程中用到了**反射**来确定要克隆的实际对象。

这样，clone()方法就可以**创建大小合适**的存储空间 ，并正确地对该类型执行**按位复制**。

/**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 11:25
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref
     * @ClassName: Snake
     * @Description: TODO
     * @Version 1.0
     */
    public class Snake implements Cloneable{
        
        private Snake next;// 单向链表
        private char c;
    
        public Snake(int i, char x) {
        
            this.c = x;
            if (--i > 0){
        
                next = new Snake(i, (char)(x + 1));
            }
        }
        public void increment(){
        
            c++;
            if (next != null){
        
                next.increment();// 蛇还活着，自己变长
            }
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            String s = ":" + c;
            if (next!= null){
        
                s += next.toString();
            }
            return s;
        }
    
        @Override
        public Snake clone() {
        
            try {
        
                Snake clone = (Snake) super.clone();
                // TODO: 在此处复制可变状态，因此克隆无法更改原始状态的内部
                // TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the original
                return clone;
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Snake s = new Snake(5, 'a');
            System.out.println("s = " + s);
            Snake s2 = s.clone();
            System.out.println("s2 = " + s2);
            s.increment();
            System.out.println(
                    "after s.increment, s2 = " + s2);
        }
    }

### 2.6克隆组合对象 ###

在你试图深拷贝**组合对象**时，会遇到一个问题。你必须假设所有成员对象中clone()方法都会按顺序对各自的引用执行深拷贝，并照此进行下去。这一点是必须确保的。它实际上意味着为了正确执行深拷贝，你要么控制所有类的所有代码，要么至少对深拷贝涉及的所有类都足够了解，以确定它们都能正确地执行各自的深拷贝。

定义一个 DepthReading；

package org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined;
    
    /**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 13:20
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined
     * @ClassName: DepthReading
     * @Description: TODO 克隆组合对象01
     * @Version 1.0
     */
    public class DepthReading implements Cloneable{
        
        private double depth;
    
        public DepthReading(double depth) {
        
            this.depth = depth;
        }
    
        public double getDepth() {
        
            return depth;
        }
    
        public void setDepth(double depth) {
        
            this.depth = depth;
        }
    
        @Override
        public DepthReading clone() {
        
            try {
        
                DepthReading clone = (DepthReading) super.clone();
                // TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the original
                return clone;
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return String.valueOf(depth);
        }
    }

定义一个 TemperatureReading：

package org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined;
    
    /**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 13:22
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined
     * @ClassName: TemperatureReading
     * @Description: TODO 克隆组合对象02
     * @Version 1.0
     */
    public class TemperatureReading implements Cloneable{
        
        private long time;
        private double temperature;
    
        public TemperatureReading(double temperature) {
        
            time = System.currentTimeMillis();// 获取当前系统时间
            this.temperature = temperature;
        }
    
        @Override
        public TemperatureReading clone() {
        
            try {
        
                TemperatureReading clone = (TemperatureReading) super.clone();
                // TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the original
                return clone;
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
    
        public long getTime() {
        
            return time;
        }
    
        public void setTime(long time) {
        
            this.time = time;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return String.valueOf(temperature);
        }
    
        public double getTemperature() {
        
            return temperature;
        }
    
        public void setTemperature(double temperature) {
        
            this.temperature = temperature;
        }
    }

在定义一个拷贝上面两个对象的类，这个类在构造方法中初始化上面两个类

package org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined;
    
    /**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 13:23
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref.clone_combined
     * @ClassName: OceanReading
     * @Description: TODO
     * @Version 1.0
     */
    public class OceanReading implements Cloneable{
        
        private DepthReading depth;
        private TemperatureReading temperature;
    
        public OceanReading(double tdata, double ddata) {
        
            this.depth = new DepthReading(ddata);
            this.temperature = new TemperatureReading(tdata);
        }
    
        /**
         * 这里必须对 《构造方法》 中的克隆对象进行   克隆引用
         * @return
         */
        @Override
        public OceanReading clone() {
        
            OceanReading or = null;
            try {
        
                or = (OceanReading) super.clone();
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
            // 必须克隆引用：
            or.depth = (DepthReading)or.depth.clone();
            or.temperature = (TemperatureReading)or.temperature.clone();
            return or;
        }
    
        public DepthReading getDepth() {
        
            return depth;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "depth=" + depth +
                    ",temperature=" + temperature;
        }
    
        public void setDepth(DepthReading depth) {
        
            this.depth = depth;
        }
    
        public TemperatureReading getTemperature() {
        
            return temperature;
        }
    
        public void setTemperature(TemperatureReading temperature) {
        
            this.temperature = temperature;
        }
    }

下面对拷贝组合对象进行测试：

class DeepCopyTest {
        
    
        @Test
        public void testClone(){
        
            OceanReading reading = new OceanReading(33.9, 100.5);
            // 进行克隆
            OceanReading clone = reading.clone();
            TemperatureReading tr = clone.getTemperature();
            tr.setTemperature(tr.getTemperature() + 1);
            clone.setTemperature(tr);
    
            DepthReading dr = clone.getDepth();
            dr.setDepth(dr.getDepth() + 1);
            clone.setDepth(dr);
            assertEquals(reading.toString(),"depth=100.5,temperature=33.9");
            assertEquals(clone.toString(),"depth=101.5,temperature=34.9");
        }
    
    }

DepthReading和TemperatureReading很相似，它们都只包含基本类型。因此，clone()方法可以很简单：调用super.clone()，然后返回结果。这两者的clone是完全相同的。

OceanReading是由DepthReading和TemperatureReading对象组合而成的，因此，要实现深拷贝，OceanReading的clone()就必须克隆OceanReading内部的所有引用才行。要完成这项任务，super.clone()的结果必须转型为OceanReading对象（这样才可以访问depth和tempterature的引用）

### 2.7深拷贝ArrayList ###

对ArrayList进行深拷贝：

package org.example.onjava.senior.example02ref.clone_arraylist;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.stream.Collectors;
    import java.util.stream.IntStream;
    
    /**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 13:54
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref.clone_arraylist
     * @ClassName: AddingClone
     * @Description: TODO 深拷贝ArrayList
     * @Version 1.0
     */
    class Int2 implements Cloneable{
        
        private int i;
    
        public Int2(int i) {
        
            this.i = i;
        }
        public void increment(){
        
            i++;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return Integer.toString(i);
        }
    
        @Override
        public Int2 clone() {
        
            try {
        
                Int2 clone = (Int2) super.clone();
                // TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the original
                return clone;
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
    }
    // 继承不会移除可克隆性
    class Int3 extends Int2{
        
        private int j;// 自动创建了副本
    
        public Int3(int i) {
        
            super(i);
        }
    }
    public class AddingClone {
        
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public static void main(String[] args) {
        
            Int2 x = new Int2(10);
            Int2 x2 = x.clone();
            x2.increment();
            System.out.println(
                    "x = " + x + ", x2 = " + x2);
            // 继承出的任何事物同样也是可克隆的
            Int3 x3 = new Int3(7);
            x3 = (Int3) x3.clone();
            System.out.println("x3 = " + x3);
            Int2 clone = x3.clone();
            System.out.println("clone = " + clone);
    
            ArrayList<Int2> v = IntStream.range(0, 10)
                    .mapToObj(Int2::new)
                    .collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
            System.out.println("v = " + v);
            ArrayList<Int2> v2 = (ArrayList<Int2>) v.clone();
            // 现在克隆每个元素
            IntStream.range(0, v.size())
                    .forEach(i -> v2.set(i, v.get(i).clone()));
            v2.forEach(Int2::increment);
            // 一旦克隆了一个对象，你就可以对副本进行修改，而原本对象不会受到影响
            System.out.println("v2 = " + v2);
            // 查看v中的元素是否发生改变
            System.out.println("v = " + v);// 没有改变，复制成功
        }
    }
    /**
     * output:
     * x = 10, x2 = 11
     * x3 = 7
     * clone = 7
     * v = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
     * v2 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
     * v = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
     */

Int3继承自Int2，并增加了一个新的基本类型成员int j。在调用Int3的clone()时，其内部所调用的Int2的clone()，实际上调用的是Object.clone()，它检测到此处起作用的是Int3，并对Int3执行了按位复制。只要你不增加需要克隆的引用，对Object.clone()的一次调用便可以执行所有必要的复制，不论clone定义在继承层次结构中多么深的位置。

要深拷贝ArrayList，需要这么做：在克隆ArrayList后，还需要进一步克隆ArrayList所指向的每一个对象。如果要深拷贝入HashMap这样的内容，你也需要执行类似的操作。

**一旦克隆了一个对象，你就可以对副本进行修改，而原本对象不会受到影响**

### 2.8通过序列化进行深拷贝 ###

如果一个对象先进行序列化，再将其反序列化，那么它实际上就是被克隆了。

接下来就使用序列化来实现深拷贝：

package org.example.onjava.senior.example02ref.clone_serializable;
    
    import org.example.onjava.onjavaUtils.Timer;
    
    import java.io.*;
    
    /**
     * @Author Coder_Pans
     * @Date 2022/11/20 14:27
     * @PackageName:org.example.onjava.senior.example02ref.clone_serializable
     * @ClassName: Compete
     * @Description: TODO 序列化实现深拷贝
     * @Version 1.0
     */
    class Thing1 implements Serializable {
        
    }
    
    class Thing2 implements Serializable {
        
        Thing1 t1 = new Thing1();
    }
    
    class Thing3 implements Cloneable {
        
    
        @Override
        public Thing3 clone() {
        
            try {
        
                return (Thing3) super.clone();
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
        }
    }
    
    class Thing4 implements Cloneable {
        
        private Thing3 t3 = new Thing3();
    
        @Override
        public Thing4 clone() {
        
            Thing4 t4 = null;
            try {
        
                t4 = (Thing4) super.clone();
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
        
                throw new AssertionError();
            }
            //TODO 对字段也要进行克隆
            t4.t3 = t3.clone();
            return t4;// Thing4对象所包含的所有内容克隆完之后才能够返回。
        }
    }
    
    public class Compete {
        
        public static final int SIZE = 10000;
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Thing2[] a = new Thing2[SIZE];
            for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        
                a[i] = new Thing2();
            }
    
            Thing4[] b = new Thing4[SIZE];
            for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        
                b[i] = new Thing4();
            }
            Timer timer = new Timer();
            try (ByteArrayOutputStream buf = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(buf)) {
        
                for (Thing2 a1 : a) {
        
                    oos.writeObject(a1);
                }
                // Now get copies:
                try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(buf.toByteArray()))) {
        
                    Thing2[] c = new Thing2[SIZE];
                    for (int i = 0; i < SIZE; i++)
                        c[i] = (Thing2) in.readObject();
                } catch (ClassNotFoundException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            } catch (IOException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("Duplication via serialization: " + timer.duration() + " Milliseconds");
            // Now try cloning:
            timer = new Timer();
            Thing4[] d = new Thing4[SIZE];
            for (int i = 0; i < SIZE; i++)
                d[i] = b[i].clone();
            System.out.println("Duplication via cloning: " + timer.duration() + " Milliseconds");
        }
    }

Thing2和Thing4包含了成员对象，所以需要进行一些深拷贝操作。Serializable类很容易构建，但是需要大量额外操作来复制它们。另外，在克隆所需要的操作中，类的构建工作更多，但是实际的对象复制操作相对简单

**序列化比克隆慢**的多得多！

Duplication via serialization: 115 Milliseconds
    Duplication via cloning: 3 Milliseconds