Java傳遞陣列的機制：深度解析『引用』的本質299

在Java程式設計中，關於參數傳遞機制，特別是當物件（包括陣列）作為方法參數時，一個常見的誤解和深入探討的話題就是「傳遞引用」（pass by reference）。許多初學者甚至是有經驗的開發者，都會被Java處理陣列的方式所迷惑。本文將深度解析Java中陣列作為參數傳遞的底層機制，闡明其「值傳遞」的本質，並解釋為什麼它看起來像「引用傳遞」，以及這對我們的程式碼有何實際影響。

Java的參數傳遞機制：值傳遞的鐵律

首先，我們必須明確一個核心事實：Java中所有的參數傳遞都是值傳遞（pass by value）。無論是基本資料類型（如int, boolean, char等）還是物件類型（包括陣列），這一原則都適用。

當我們說「值傳遞」時，意味著方法接收的是參數值的一個副本。具體來說：
對於基本資料類型：傳遞的是資料值的實際副本。在方法內部對參數進行的任何修改，都只會影響該副本，不會影響原始變數。
對於物件類型（包括陣列）：傳遞的不是物件本身，而是物件在記憶體中的位址（reference）的副本。這個副本也是一個「值」——一個指向記憶體中同一物件的地址值。因此，方法內部持有的參數變數與呼叫者持有的原始變數，雖然各自獨立，但都指向堆記憶體中的同一個物件。

這就好比你有一把電視遙控器（原始變數），你把它「借」給你的朋友（方法呼叫）。你不是把電視機本身借給他，而是遙控器（參考）。你的朋友拿到遙控器後，可以打開、關閉電視，或者換台，這些操作都會影響到你家裡的電視機。但如果你的朋友把遙控器扔掉，換了一個新的遙控器，這只會影響他手上的遙控器，並不會讓你家裡的遙控器消失或改變。

陣列作為參數的內部機制

當一個陣列被作為參數傳遞給一個方法時，JVM會執行以下步驟：
呼叫者（caller）會準備好陣列變數所持有的記憶體位址。
這個記憶體位址的「值」被複製一份。
這個副本被賦予給方法簽章中的參數變數。

這意味著，在方法內部，參數變數和呼叫者外部的陣列變數，都含有相同的記憶體位址。它們都指向堆（Heap）記憶體中的同一個陣列物件。

範例1：修改陣列元素 - 看似「引用傳遞」的效果

由於方法內部的參數變數和外部變數指向同一個陣列物件，因此在方法內部透過該參數變數對陣列元素進行修改，將會直接影響到原始陣列物件的內容。這種行為就使得Java的陣列傳遞看起來像是「引用傳遞」。
public class ArrayPassingDemo {
public static void modifyArrayElements(int[] arr) {
("在方法內部 - 修改前：");
printArray(arr); // 顯示原始陣列內容
for (int i = 0; i < ; i++) {
arr[i] = arr[i] * 2; // 修改陣列元素
}
("在方法內部 - 修改後：");
printArray(arr); // 顯示修改後的陣列內容
}
public static void printArray(int[] arr) {
for (int i = 0; i < ; i++) {
(arr[i] + " ");
}
();
}
public static void main(String[] args) {
int[] myNumbers = {1, 2, 3};
("在main方法 - 呼叫前：");
printArray(myNumbers); // 輸出: 1 2 3
modifyArrayElements(myNumbers); // 呼叫方法修改陣列
("在main方法 - 呼叫後：");
printArray(myNumbers); // 輸出: 2 4 6
}
}

執行結果分析：
在main方法 - 呼叫前：
1 2 3
在方法內部 - 修改前：
1 2 3
在方法內部 - 修改後：
2 4 6
在main方法 - 呼叫後：
2 4 6

可以看到，`modifyArrayElements`方法成功地改變了`myNumbers`陣列的內容。這是因為`myNumbers`和方法內部的`arr`變數都持有一個指向同一塊記憶體中陣列物件的位址。對其中一個位址所指向的內容進行操作，自然會影響到共享的陣列物件。

理解「引用」的本質：參數變數的重定向

那麼，如果我們在方法內部嘗試為參數變數重新賦值一個新的陣列物件，會發生什麼呢？這就是區分「值傳遞引用」與真正「引用傳遞」的關鍵點。

範例2：重新賦值參數變數 - 不會影響原始陣列變數

當我們在方法內部將一個新的陣列物件賦值給參數變數時，我們僅僅是改變了這個方法內部局部變數所指向的記憶體位址。它會從原來的記憶體位址「斷開」，轉而指向新的陣列物件。這對呼叫者外部的原始陣列變數毫無影響，因為那個變數仍然指向它最初的陣列物件。
public class ArrayReassignDemo {
public static void reassignArrayReference(int[] arr) {
("在方法內部 - 重新賦值前，arr指向：");
(arr); // 顯示原始陣列內容
arr = new int[]{4, 5, 6}; // 創建一個新陣列，並讓arr指向它
("在方法內部 - 重新賦值後，arr指向：");
(arr); // 顯示新陣列內容
}
public static void main(String[] args) {
int[] myNumbers = {1, 2, 3};
("在main方法 - 呼叫前：");
(myNumbers); // 輸出: 1 2 3
reassignArrayReference(myNumbers); // 呼叫方法嘗試重定向
("在main方法 - 呼叫後：");
(myNumbers); // 輸出: 1 2 3
}
}

執行結果分析：
在main方法 - 呼叫前：
1 2 3
在方法內部 - 重新賦值前，arr指向：
1 2 3
在方法內部 - 重新賦值後，arr指向：
4 5 6
在main方法 - 呼叫後：
1 2 3

從結果可以看出，儘管在`reassignArrayReference`方法內部，`arr`變數被成功地重新指向了一個包含`{4, 5, 6}`的新陣列，但在方法呼叫結束後，`main`方法中的`myNumbers`變數依然指向它最初的`{1, 2, 3}`陣列。這再次證明了，Java傳遞的是引用的「值」，而不是引用本身。

為什麼會產生混淆？與其他語言的比較

這種混淆主要來自於兩個方面：
術語上的模糊：在許多上下文中，「傳遞引用」通常指能夠讓被呼叫方法直接改變呼叫者變數所指向物件的機制。由於Java允許修改傳入物件的內部狀態，所以很容易被誤認為是傳統意義上的「引用傳遞」。
與C++等語言的對比：在C++等語言中，有明確的「引用傳遞」語法（例如使用`&`符號），允許方法直接操作原始變數，包括讓原始變數指向不同的物件。Java沒有這種機制。Java的機制更接近於C語言中的「傳遞指標的值」。

簡而言之，Java的物件傳遞是「傳遞引用的值」，而不是「傳遞引用本身」或者「傳遞物件本身」。

實際應用與注意事項

理解Java陣列（及其他物件）的參數傳遞機制，對於編寫健壯、可預測的程式碼至關重要。

1. 副作用（Side Effects）的意識

當你將一個陣列傳遞給一個方法時，要意識到這個方法可能會修改陣列的內容。這種修改就是一個「副作用」。如果這是預期的行為（例如，一個排序方法），那很好。但如果是不預期的，就可能導致難以追蹤的bug。

// 範例：一個會產生副作用的方法
public void sortArrayInPlace(int[] data) {
(data); // 直接修改傳入的陣列
}

2. 防禦性複製（Defensive Copying）

如果你希望方法接收一個陣列作為輸入，但不希望該方法能夠修改原始陣列，或者一個類別的建構子接收一個陣列，並希望保留其獨立副本，你就需要進行「防禦性複製」。
// 範例：防止外部修改的防禦性複製
public class MyImmutableClass {
private final int[] internalData;
public MyImmutableClass(int[] data) {
// 進行防禦性複製，防止外部對data的修改影響internalData
= (data, );
}
public int[] getInternalData() {
// 返回時也進行防禦性複製，防止外部透過getter修改內部狀態
return (, );
}
}
public static int[] processArrayWithoutModifyingOriginal(int[] original) {
int[] copy = (original, ); // 創建副本
// 在副本上進行操作，不影響原始陣列
for (int i = 0; i < ; i++) {
copy[i] += 10;
}
return copy; // 返回處理過的新陣列
}

雖然`clone()`方法也可以用於陣列的複製，但`()`通常更靈活，因為它可以指定複製的長度，並且在處理非基本類型陣列時，兩者都只執行淺複製（shallow copy）。對於包含物件的陣列，如果需要深度複製，則需要遍歷陣列並複製每個物件。

3. 返回新陣列而不是修改原陣列

如果你的方法旨在對輸入陣列進行某種轉換，並產生一個新的結果，那麼最好的做法是創建一個新陣列，將結果放入其中，然後返回這個新陣列，而不是修改傳入的原始陣列。這符合「函數式程式設計」中「無副作用」的原則，使程式碼更易於理解和測試。
// 範例：返回一個新陣列，而不是修改原始陣列
public static int[] createDoubledArray(int[] original) {
int[] doubledArray = new int[];
for (int i = 0; i < ; i++) {
doubledArray[i] = original[i] * 2;
}
return doubledArray; // 返回新陣列
}
// 使用
int[] original = {1, 2, 3};
int[] doubled = createDoubledArray(original); // original陣列不變

結論

總而言之，Java的參數傳遞機制始終是值傳遞。對於基本資料類型，傳遞的是值的副本；對於物件（包括陣列），傳遞的是對象引用（記憶體位址）的副本。這意味著：
你可以透過參數變數修改原始陣列的內容（因為它們指向同一個底層物件）。
你不能透過在方法內部為參數變數重新賦值一個新陣列來影響呼叫者外部的原始陣列變數。

深入理解這一點，是掌握Java物件模型和編寫可靠、可維護程式碼的基石。在處理陣列或其他物件作為方法參數時，請務必考慮其潛在的副作用，並在必要時採用防禦性複製或返回新物件的策略，以確保程式碼的清晰性和穩定性。```

2025-11-03

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