淺談 C 語言和 Java 的記憶體管理（七）

2012-04-22 17:24 墳墓 (Brian Hsu)

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Java 裡的 Non-Static 方法

上一篇我們討論了在 Java 裡函式的參數傳遞行為，也提到了在 Java 裡只有 Call By Value 這一種參數傳遞的方式，而你能傳遞的就只有八種 primitive type 的資料，再加上記憶體地址這九種東西而已。

不過在前一章中，我們討論的也僅止於 static 方法，完全沒提到當呼叫 Instance Method 的時候會發生什麼事情，這次我們就來看一下這個問題。

首先來看一下下面的程式碼：

public class MyObject
{
    int x = 0;

    void setX(int value)
    {
        x = value;
    }

    public static void main(String [] args)
    {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();

        object1.setX(10);
        object2.setX(20);

        System.out.println(object1.x);
        System.out.println(object2.x);
    }
}

熟悉 Java 的朋友應該都知道，上面的程式碼印出來的結果會是第一行是 10，第二行是 20。

一般 Java 教學書上的解釋會是說，Instance Method 所改變到的，會是接收者物件的狀態，而在我們上述的例子中，因為兩個 setX 的接收者不同，所以會改到不同物件的狀態。

但你有沒有好奇過，為什麼明明都是一樣的 x = value 程式碼，Java 卻可以區分出來到底要去改哪個物件的 x 呢？

呼叫 Instance Method 時 Java 幫你加的料

上面那個問題的答案其實很簡單，因為當你在呼叫 Instance Method 的時候，Java 自動幫你在你傳給 Method 的參數裡面加料了。

當你寫下 object1.setX(20) 的時候，事實上 Java 是丟了 (object1, 20) 這樣的參數到 setX 的 Call Stack 上的區域的，而當你在 setX 要找原本物件裡面的變數時，就會跑去第一個參數找。

換句話說，當你在執行上面的程式的時候，執行到 main() 裡第二行的時候，記憶體的狀態如下：

Stack Status

接著我們呼叫了 object1.setX(10)，這裡要注意的是你會發現雖然 setX(10) 好像只有一個參數，但實際上 Java 會把 object1 內所存放的記憶體地址，也複製一份到 setX() 在 Stack 上被配置到的空間，當成 setX() 的第一個參數：

Stack Status

接著等到執行 x = value 的時候，setX 實際上是透過第一個參數的記憶體位置，去找到目前 object1 所指到的物件，並修改其 x 變數的內容：

Stack Status

接著 object1.setX(10) 返回後，Stack 上 setX() 所屬的區域被消滅：

Stack Status

而接著執行 object2.setX(20) 時也是同樣的流程，但是一開始我們複製的是 main() 裡的 y 所存的記憶體地址：

Stack Status
Stack Status

最後 object2.setX(20) 返回，變成像下面這樣，兩個 Instance Method 分別改到不同的物件，所以印出來會是 10 和 20：

Stack Status

至於其他的部份，其實 non-static 方法和 static 方法，並沒有什麼太大的差別，同樣都是使用 Call By Value 的方式傳遞那八個 primitive type 和記憶體地址而已。

為什麼不能在 Static Method 裡呼叫 Non-Static Method

有的時候我們在寫一些比較小的 Java 作業（例如解 Project Euler 上面的題目）時，可能會不需要用到物件導向的功能，所以會把所有的 method 都宣告成 static，把 Java 當 C 這類的 Procedure Language 來用，而在這個時候我們有可能會把 static 關鍵字遺忘掉，變成像下面這樣：

public class Test
{
    public void nonStatic() { System.out.println("Hello World"); }
    public static void main(String [] args)
    {
        nonStatic();
    }
}

在這個時候，Java 的編譯器就會告訴你：

brianhsu@USBGentoo ~ $ javac Test.java
Test.java:10: non-static method nonStatic() cannot be referenced from a static context
        nonStatic();
        ^
1 error

現在你應該了解 Java 會告訴你不能在 static 方法裡呼叫 non-static 方法了吧？因為在這個情況下，你根本沒有「目前的物件的 Reference」的這個東西，可以當做 nonStatic() 的第一個參數，所以當然無法呼叫 nonStatic() 這個方法囉。

還是 AutoBoxing 的問題

Java 的函式呼叫到這裡大致上已經差不多了，不過還是要提醒一下，在函式呼叫的時候，Java 的 AutoBoxing 機制也一樣會運作，例如下面的程式碼：

public class Test
{
    public static void eatAnything(Object obj)
    {
        System.out.println("I eat " + obj);
    }

    public static void main(String [] args)
    {
        int primitiveInt = 12345;
        eatAnything(primitiveInt);
    }
}

雖然你預期 eatAnything 接收的是指到 Object 類型的物件的 Reference，但由於 Java 具有 AutoBoxing 的機制，所以就算你丟進去的是一個 primitive 的整數，Java 編譯還是會讓你過關，eatAnything 還是會把整數吃下去。

只是在這個時候，eatAnything 吃下去的實際上已經是 Java 自動幫你建立的 Integer 物件的 Reference，而不是原本的 primitive type 的整數了。

public class Test
{
    public static void eatAnything(Object obj)
    {
        System.out.println("I eat " + obj);
    }

    public static void main(String [] args)
    {
        int primitiveInt = 12345;
        eatAnything(new Integer(primitiveInt));
    }
}

這件事看起來好像沒有什麼，但事實上物件的建立比起單純 primitive type 的「複製數值」的動作還是慢上一截，再加上還有 GC 回收你所建立的物件所耗的資源與時間，所以如果你是在寫比較講求執行速度的程式的話，能夠必免用 Boxing 的方式傳 primitive type 的話，就盡量避免吧。

小結

這一篇裡面我們談的主要是 non-static 方法的參數傳遞，你會發現他和一般的 static 方法並沒有什麼太大的不同，都還是使用 Call By Value 的方式來運作，只是 Java 多幫你傳了一個「指到目前的物件的 Reference 裡面的記憶體地址」當做第一個參數而已。

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