Referencje – pojęcie i zastosowanie

Wszystkie obiekty w języku Java są obsługiwane przez referencje. Nie należy ich jednak mylić ze wskaźnikami lub referencjami języka C++. Różnica polega na tym, że referencje w języku Java nie odnoszą się bezpośrednio do lokalizacji pamięci, ale zawierają wskaźnik do rzeczywistej lokalizacji pamięci, do której programista nie może uzyskać bezpośredniego dostępu. Ten dodatkowy poziom pośrednictwa jest wymagany m.in. do działania Garbage Collectora.

Przyjrzymy się definicji klasy o nazwie Osoba, która zawiera pole imie typu String służące do przechowywania imienia osoby. W głównej metodzie programu tworzony jest nowy obiekt klasy Osoba o nazwie znajomy, a do pola imie tego obiektu przypisywane jest imię „Artur”. Poprzez wykonanie tego kodu, tworzony jest obiekt reprezentujący osobę o imieniu „Artur”, co demonstruje podstawowe zastosowanie klas i obiektów w programowaniu obiektowym w języku Java.

// Definicja klasy Osoba
class Osoba {
    // Pole imie typu String przechowujące imię osoby
    String imie;

    // Główna metoda programu
    public static void main(String[] args) {
        // Utworzenie nowego obiektu klasy Osoba
        Osoba znajomy = new Osoba();

        // Przypisanie wartości do pola imie obiektu znajomy
        znajomy.imie = "Artur";
    }
}

Zwróć uwagę na słowo kluczowe new.

Słowo kluczowe new w języku Java służy do tworzenia nowych obiektów. Gdy go używamy, rezerwujemy pamięć na nowy obiekt na stercie (z j. ang. heap) i inicjalizujemy go zgodnie z definicją jego klasy. Ogólna składnia new wygląda następująco:

TypObiektu nazwaObiektu = new TypObiektu();

gdzie:

• TypObiektu to nazwa klasy obiektu, który chcemy utworzyć;

• nazwaObiektu to nazwa zmiennej, która będzie przechowywać referencję do nowo utworzonego obiektu.

Kiedy słowo kluczowe new tworzy obiekt klasy Osoba, jest on przechowywany w obszarze pamięci zwanym stertą. Referencja znajomy odwołuje się do nowo utworzonego obiektu. Należy również podkreślić, że zmienna znajomy tak naprawdę nie jest obiektem. Przechowuje jedynie informację, gdzie obiekt znajduje się w pamięci.

Możemy przypisywać referencje wielu zmiennym, które jeszcze nie odwołują się do żadnego obiektu. Technika ta jest szczególnie ważna przy implementacji struktur, takich jak drzewa binarne, listy, czy dowolne struktury z dowiązaniami.

Zaprezentujemy kod, który przedstawia klasę o nazwie Osoba, która zawiera pole imie typu String służące do przechowywania imienia osoby. Następnie w głównej metodzie programu utworzymy obiekt klasy Osoba o nazwie znajomy, a do jego pola imie przypiszemy imię „Jan”. W kodzie wykorzystamy również mechanizm referencji poprzez deklarację zmiennej brat typu Osoba, która początkowo jest inicjalizowana jako null, a następnie przypisywana jest do niej referencja do obiektu znajomy.

Kiedy zmienne brat i znajomy wskazują na ten sam obiekt, zmiany dokonane na jednej zmiennej (np. zmiana imienia za pomocą brat.imie = "Artur") będą miały wpływ na obie zmienne, ponieważ obie wskazują na ten sam obiekt. Oznacza to, że zarówno znajomy.imie jak i brat.imie będą teraz równoważne z „Artur”, ponieważ zmieniliśmy imię na obiekcie wskazywanym przez obie zmienne.

// Definicja publicznej klasy Osoba
public class Osoba {
    // Pole imie typu String przechowujące imię osoby
    String imie;
    
    // Główna metoda programu
    public static void main(String[] args) {
        // Utworzenie nowego obiektu klasy Osoba
        Osoba znajomy = new Osoba();
        // Przypisanie wartości do pola imie obiektu znajomy
        znajomy.imie = "Jan";
        // Wyświetlenie imienia znajomy
        System.out.println(znajomy.imie); // 'Jan'
        
        // Deklaracja zmiennej brat typu Osoba i inicjalizacja jej jako null
        Osoba brat = null;
        // Przypisanie obiektu znajomy do zmiennej brat
        brat = znajomy;
        // Wyświetlenie pola imie dla zmiennej brat (które jest takie samo jak znajomy)
        System.out.println(brat.imie); // 'Jan'
        // Zmiana imienia w obiekcie wskazywanym przez brat
        brat.imie = "Artur";
        // Ponieważ zmienne brat i znajomy wskazują na ten sam obiekt, zmiana imienia wpływa na oba
        System.out.println(znajomy.imie); // 'Artur'
    }
}

Wynik działania programu:

Jan // Program wyświetli 'Jan',
    // ponieważ to jest wartość przypisana
    // do pola imie obiektu znajomy.
Jan // Program wyświetli 'Jan',
    // ponieważ brat wskazuje na ten sam obiekt,
    // co znajomy.
Artur // Program wyświetli 'Artur'.
    // Mimo że zmiana została dokonana poprzez zmienną brat,
    // zmienna znajomy również rejestruje tę zmianę,
    // ponieważ obie zmienne odnoszą się do tego samego
    // obiektu w pamięci.

Język Java zawsze przekazuje parametry przez wartość. Choć dla typów prymitywnych jest to dość oczywiste, to jednak dla obiektów charakterystyka ta może budzić wątpliwości. Przeanalizujmy następujący przykład, w którym za pomocą metody zmieniamy stan obiektu.

public class Osoba {
    // Deklaracja zmiennej instancji imie, która będzie przechowywać imię osoby
    String imie;

    // Metoda statyczna zmienImie, która przyjmuje obiekt klasy Osoba
    // i zmienia jego pole imie na 'Ania'
    static void zmienImie(Osoba osoba) {
        osoba.imie = "Ania";
    }

    // Główna metoda klasy
    public static void main(String[] args) {
        // Tworzenie nowego obiektu klasy Osoba
        Osoba znajoma = new Osoba();

        // Przypisanie wartości 'Ola' do pola imie obiektu znajoma
        znajoma.imie = "Ola";
        // Wyświetlenie wartości pola imie obiektu znajoma
        System.out.println(znajoma.imie); // 'Ola'

        // Wywołanie metody zmienImie dla obiektu znajoma
        zmienImie(znajoma);
        // Ponowne wyświetlenie wartości pola imie obiektu znajoma, po zmianie
        System.out.println(znajoma.imie); // 'Ania'
    }
}

Wynik działania programu:

Ola // Wypisuje 'Ola', ponieważ to jest 
    // aktualna wartość pola imie obiektu znajoma.
Ania // Wypisuje 'Ania', ponieważ metoda
    // zmienImie zmieniła wartość pola imie obiektu znajoma.

Po wywołaniu funkcji zmienImie() to nie wartość obiektu, lecz referencja znajoma jest kopiowana. Błędne jest twierdzenie, że obiekty w języku Java przekazywane są przez referencje. Język Java przekazuje każdy parametr przez wartość niezależnie od jego typu.

Słownik

int liczba = 7;