# 指针传递、值传递、引用传递

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在 C++ 中,函数参数传递有三种常见的方式:值传递、引用传递和指针传递。以下分别给出这三种方式的示例:

# 一、值传递(Value Passing)

值传递是将实参的值传递给形参。在这种情况下,函数内对形参的修改不会影响到实参。

示例:

#include <iostream>

void swap_value(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;
    swap_value(x, y);
    std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; // 输出:x: 10, y: 20
    return 0;
}

# 二、引用传递(Reference Passing)

引用传递是将实参的引用传递给形参。在这种情况下,函数内对形参的修改会影响到实参。

#include <iostream>

void swap_reference(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;
    swap_reference(x, y);
    std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; // 输出:x: 20, y: 10
    return 0;
}

# 三、指针传递(Pointer Passing)

指针传递是将实参的地址传递给形参。在这种情况下,函数内对形参的修改会影响到实参。

#include <iostream>

void swap_pointer(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;
    swap_pointer(&x, &y);
    std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; // 输出:x: 20, y: 10
    return 0;
}

其实,关于值传递、指针传递等有很多争论,比如指针传递这个,本质上也是值传递,只不过传递的值是一个指针而已,所以就看你从什么角度去看待这个问题。

在这也贴一篇我之前发表在公众号的文章值传递与引用传递,传的到底是什么? (opens new window)

# 四、值传递与引用传递,传的是什么?

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,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

# 4.1 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;
String name = new String("shuaibei");

这两个变量存储图如下:

如果,我们分别对agename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:

String name = "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。

# 4.2 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ebpebp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

int func_a(int a, int *b) {
	a = 5;
	*b = 5;
};

int main(void) {
	int a = 10;
  int b = 10;
  func_a(a, &b);
  printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
  return 0;
}

// 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。

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。

# 五、pass by value in java

举个最简单的例子来说明下:


public class HelloWorld {
  
    public static void ChangeRef(String name) {
        name = new String("xiaobei");
    }

    public static void main(String[] args) {
        String name = new String("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。

(其实这里最好的说明方式是自己定义一个类,但是我懒了,就省掉了哈哈哈,相信聪明的你一定知道我在说什么~)

# 六、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。

所以我打算后面单独聊聊 Python 对象这个话题,然后把参数传递也放在那里了。

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