【软件构造】Mutable类型与Immutable类型

【软件构造】Mutable类型与Immutable类型

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1.前言

在软件构造这门课中，对mutable类型和immutable类型的深入理解，有助于后续ADT、可维护性、可复用性的学习，因此我们有必要对其进行详细的分析说明。

我们首先明确的是，mutable类型和immutable类型均属于ADT的范围，二者关系如下图：

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2.概念

immutable类：类的实例创建后成员变量值不变，若修改后，引用会指向一个实例对象。

mutable类：类的实例创建后可以通过类的方法就地修改值。

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3.常见immutable类与mutable类

常见immutable类：String类；基本数据类型与其封装数据类型，如int、char、Interger、Boolean；Scanner类；经过 Collections.unmodifiableList/Map/Set() 方法处理后的集合。

常见mutable类：StringBuilder、StringBuffer、Map类、Collection类。

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4.代码实践

考虑如下代码：

String str=new String("123");
str.concat("4");
System.out.println(str);

输出结果为：

为什么结果不是“1234”呢？

我们知道，java数据类型分为基本数据类型和对象数据类型（引用类型），后者类型的对象会按引用传递，这个引用，本质上是一个指针，指向存储在堆里的对象实体。所以，对于这样的变量，有着直接修改被指向的数据值和让引用重新指向一个新对象两种方式。

而对于immutable类型，一旦该类初始化为一个新对象，其指向的堆中的值不可以修改，除非让其指向新的堆位置。所以，上述contact()会使用str引用指向的值重新创建一个新的对象，而不是修改str指向的对象的值。

其相应代码快照图为：

再考虑如下代码：

StringBuffer strbuf1= new StringBuffer("123");
StringBuffer strbuf2=strbuf1;
strbuf1.append("4");
System.out.println(strbuf1);
System.out.println(strbuf2);

输出为：

这里Stringbuffer为mutable类型，调用其成员方法append时，可以在引用所指向的堆中直接修改值，故输出均为“1234”。

其代码快照图为：

对于mutable类型的对象，若有多个引用，其中某一个引用对对象的值修改时，由于所有引用指向同一个对象，所以在其他引用的值被“偷偷地改变了”，而这种改变，往往是被忽略的，因此会有潜在的危险性。

比如如下代码：

strbuf2.append("5");
System.out.println(strbuf1);

在输出strbuf2时，输出结果也是“12345”。

此外在函数调用时，对于mutable类也会出现非法篡改的情况：

 1     public static StringBuilder addstr(StringBuilder p){
 2         p.append("d");
 3         return p;
 4     }
 5     public static void main(String[] args) {
 6         StringBuilder str=new StringBuilder("abc");
 7         System.out.println(str);
 8         addstr(str);
 9         System.out.println(str);
10     }

其输出为：

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5.针对immutable类非法篡改的解决方案

方案一：defensive copy

在传参之前，或者在函数体内修改传入参数之前，拷贝一个新的对象

 1     public static StringBuilder addstr(StringBuilder p){
 2         StringBuilder copy=new StringBuilder(p);
 3         copy.append("d");
 4         return copy;
 5     }
 6     public static void main(String[] args) {
 7         StringBuilder str=new StringBuilder("abc");
 8         System.out.println(str);
 9         StringBuilder str1=addstr(str);
10         System.out.println(str);
11         System.out.println(str1);
12     }

输出为：

abc
abc
abcd

方案二：使用相应的immutable类替换mutable类的引用

 1     public static String addstr(String p){
 2         return p+"de";
 3     }
 4     public static void main(String[] args) {
 5         String str=new String("abc");
 6         System.out.println(str);
 7         String str1=addstr(str);
 8         System.out.println(str);
 9         System.out.println(str1);
10     }

输出为：

abc
abc
abcde

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6.总结

immutable类更加安全，在软件构造过程中同时使用immutable类型的类，保证变量的值始终不变，可以重复使用，但对其修改需要进行大量拷贝，浪费时间与存储空间；

mutable类的修改不会造成空间的浪费，适合作为共享数据使用，但对其修改一定要谨慎进行。

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完结~感谢阅读~️️️