Java 也有 Stack / Heap / Pointer 這些東西嗎？
前兩篇文章，我們提到了在 C 語言裡 Stack 與區域變數之間的關係，還有如何用 Pointer 來操作向程式語言 runtime 要回來的 Heap 空間。
你可能會覺得疑惑，這些東西在 Java 當中也有嗎？特別是 Pointer 這東西，大家不是都說 Java 因為沒有 Pointer 所以比 C++ 簡單好學嗎？
事實上，這些東西在 Java 中通通都有，只是 Java 把他隱藏得很好，讓你覺得這些東西好像不存在一樣，但如果你沒有這些觀念，卻會讓你覺得 Java 好像捉摸不定。
Java 變數的分類
如果你是 Java Programmer，應該相當習慣了當你在宣告某些變數的時候，他的型態開頭是小寫：
- byte
- short
- int
- long
- char
- float
- double
- boolean
你也應該習慣了，除了上述八種資料型態外，其他的資料型態應該要用大寫開頭，如果你看到一個變數的宣告是 myType x 這樣，應該立馬會覺得寫出這行程式碼的傢伙對 Java 一定不熟。
這是因為在 Java 裡變數分成兩大類，一種是 Primitive Type，也就是上述列出來的八個小寫開頭的資料型態，而其他所有的資料型態，不論他是啥 Java 類別或介面，一律都算做 Reference 資料型態，而在 Java 的慣例裡，Reference 型態的資料型別習慣上都是大寫開頭。
那 Primitive Type 和 Reference 有什麼不同呢？
簡單的來說如下：
- Primitive Type 的變數裡存的是「值」，例如一個 int x = 10，x 裡存的就是整數 10；一個 double y = 0.5，y 那塊記憶體裡存的就是 0.5。
- Reference 存的是某樣東西的記憶體地址
看到關鍵字了嗎？還記得有什麼東西存的也是記憶體地址嗎？答對了！就是 Pointer！
所以你現在知道為什麼大家說 Java 裡沒有 Pointer 這句話有問題了吧？因為 Java 裡確實有 Pointer，只是他的 Pointer 叫做 Reference，而且你還天天在用他……
最簡單的類別的宣告與物件配置
我們已經知道，在 Java 裡，你宣告在方法當中的變數，都是存在 Stack 上了，所以 Stack 在 Java 當中確實是有被用到沒有錯，但 Heap 呢？我從來沒在 Java 裡向 JVM 要 Heap 裡的空間的樣子啊？
沒錯，因為 Java 並不像 C 一樣允許你直接操作記憶體，但就某方面來說，你寫 Java 的時候用到 Heap 的機會比 C 還大很多－－因為所有你 new 出來的 Java 物件全部都長在 Heap 上。
多說無益，我們直接來看程式碼吧：
public class SimpleObject
{
private int x = 10;
public static void main (String [] args)
{
SimpleObject object1;
SimpleObject object2;
object1 = new SimpleObject();
object2 = new SimpleObject();
object1.x = 20;
System.out.println(object1.x);
System.out.println(object2.x);
}
}
這個程式非常簡單，我們定義了一個 SimpleObject 的類別，並且在 main() 裡建立了兩個 SimpleObject 物件，然後把 object1 物件的整數變數 x 設成 20。
這個時候的記憶體裡究竟發生了哪些事呢？這個時候你要試著回答：
- object1 和 object2 的變數放在記憶體的哪裡？
- 我們 new 出來的物件又放在記憶體的哪裡？
- 這兩個物件中的 x 變數又是在哪裡呢？
答案如下：
- object1 和 object2 都放在 Stack 上給 main() 函式的空間
- 這兩個物件都在 Heap 裡
- 因為 x 是成員變數，所以是跟著物件，既然物件在 Heap 裡，他們也應該會在 Heap 裡。
另外你也應該注意到了，你在寫 Java 的時候只有對於 Reference 型態的變數才會加上 . 後面接著某些東西，這個 . 就類似 C 的 Pointer 前加上 * 號做 deference 來取得 Pointer 指到的位置一樣。
換句話說，你也可以把 object1.x 記成像「找出 object1 裡存的地址所指到的 Heap 空間當中的 x」這樣的意思。
有了上述的概念之後，我們就可以試著把這個程式在執行時的記憶體狀態一步一步畫出來……
現在你應該很清楚自己在 Java 裡 new 一個物件出來的時候，會發什生麼事情了吧？
那再多一點成員變數呢？
你可能會問，在上面的例子裡 SimpleObject 只有一個 x 變數，如果我再加一個 y 變數上去，會變怎麼樣呢？其實也沒怎樣－－就是在 Heap 上的物件大了一點，多給你一點空間放 y 變數而已。
例如下面的程式：
public class SimpleObject
{
private int x = 10;
private double y = 20.0;
public static void main (String [] args)
{
SimpleObject object1;
SimpleObject object2;
object1 = new SimpleObject();
object2 = new SimpleObject();
object1.x = 20;
System.out.println(object1.x);
System.out.println(object2.x);
}
}
在執行完 object1.x = 20 這行之後，記憶體的狀況會如下圖所示：
那如果成員變數裡也有 Reference 型態呢？
上面的兩個程式碼裡，我們的 SimpleObject 類別的成員變數都只有 int 和 double 這些以小寫開頭的基本資料型態，那如果我們的類別比較複雜，不只有這些數值的資料，還有其他物件呢？
以下面的程式碼來看，我們的記憶體到底會變得怎麼樣呢？
class AnotherObject
{
private int x = 30;
}
public class SimpleObject
{
private int x = 10;
private double y = 20.0;
private AnotherObject z = new AnotherObject();
public static void main (String [] args)
{
SimpleObject object1;
SimpleObject object2;
object1 = new SimpleObject();
object2 = new SimpleObject();
object1.x = 20;
System.out.println(object1.x);
System.out.println(object2.x);
}
}
只要你記得以下兩點：
- 所有 Java 物件都在 Heap 上
- 所有非基本資料型態的變數，都是 Reference，存的都是地址
那你應該很容易得出以下的結論：
- 現在 Heap 上有四個物件：
- object1 指到的 SimpleObject
- object2 指到的 SimpleObject
- object1 指到的 SimpleObject 裡的 z 指到的 AnotherObject
- object2 指到的 SimpleObject 裡的 z 指到的 AnotherObject
- 既然 object1 和 object2 裡面的 z 都是 Reference，他們存的一定是記憶體地址！
- 所以 object1.z 存的是上述的第 3 個物件
- 而 object2.z 存的是上述的第四個物件
有了這些線索，我們就可以很簡單地把記憶體當中的情況畫出來了：
小結
這一次我們講的是關於 Java 中物件和 Heap 的關係，你可以看到 Java 是如何存放我們所 new 出來的物件，和他與區域變數之間的關係。
這一節的重點如下：
- Java 的資料型態分成 primitive type 和 reference type 兩種，其中 reference type 其實就是指標，存的是記憶體地址。
- Java 裡所有的物件都是存在 Heap 上面。
到了這邊，你應該可以了解其實當你 new 一個 Java 物件的時候，其實就和 C 語言的 malloc 一樣，是在向程式語言的 runtime（這裡的話就是 JVM）要 Heap 的空間。
可是你可能也注意到了，你在寫 Java 程式的時候，從來沒有寫過「把記憶體還給 JVM」這樣的程式碼，頂多是把某個 Reference 變數設為 null 而已，下次我們會詳細來看為什麼在寫 Java 時，不需要明確地把從 Heap 挖來的空間歸還給 JVM。
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