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Sei que em no primeiro o objeto passado como argumento para uma função é copiado, e no segundo não. Também sei que é extremamente incomum em linguagens modernas a passagem de objetos complexos por valor, enquanto tipos primitivos (números, caracteres, booleanos...) frequentemente o são. Mas o que exatamente são esses modos de passagem? Leio muito que "em Java as referências são passadas por valor", e vejo também que há linguagens modernas (como C#) que dão mais opções de passagem de parâmetros que a maioria das linguagens Orientadas por Objeto.

O que gostaria que fosse explicado é:

  • "Na passagem por valor o argumento é copiado." OK, mas o que exatamente é copiado? O objeto inteiro, inclusive todas as suas referências?

  • O que constitui uma passagem por referência? Se a linguagem possui ponteiros, passar um ponteiro para um objeto como argumento significa que se está passando o objeto por referência?

  • O que significa exatamente "passar uma referência por valor"? (volta aqui o primeiro item - o que da referência está sendo copiado, já que a passagem é por valor?)

Para não ficar muito amplo (se é que já não está), peço que as respostas se foquem nas linguagens C/C++ (tradicionais, que introduziram a muitos de nós os conceitos envolvidos), Java (que pelo menos pra mim marcou a mudança de paradigma entre raciocinar em termos de ponteiros e em termos de referências) e talvez C# (linguagem moderna que se não me engano trouxe mais flexibilidade nas formas de manipular objetos).

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  • Senti falta de uma pergunta no SOpt explicando esses dois conceitos. A pergunta equivalente no SOen possui algumas boas respostas, que podem servir de inspiração pra quem for responder.
    – mgibsonbr
    Commented 21/04/2015 às 15:17
  • Depende do que você quer dizer com valor, o valor para qual o ponteiro aponta ou o próprio valor do ponteiro. funcao(int *ptr) passa o ponteiro ptr por valor e o valor para o qual ele aponta por referência. Já funcao(int **ptr) passa o próprio ponteiro por referência. Commented 21/04/2015 às 22:55
  • 1
    Resposta perigosa, já que muitas pode ser feito de maneira diferente de uma linguagem para outra.
    – pmargreff
    Commented 22/04/2015 às 0:26

3 Respostas 3

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Introdução: TIPOS por valor/referência versus PASSAGEM por valor/referência

Muito da resistência dos programadores em aceitar uma explicação sobre passagem por valor/referência vem da confusão que fazem com tipos por valor/referência, mas são coisas completamente distintas. Então segue uma breve introdução sobre tipos por valor/referência:

Tipos por valor

Falando em alto nível, sem entrar no mérito da gestão da memória ou detalhes de implementação das linguagens/plataformas, podemos dizer sem medo de errar que uma variável inicializada sempre contém um valor:

int X = 1;

Integer é um tipo por valor. Uma variável de tipo por valor armazena o valor nela própria. No código acima, portanto, a variável X contém o valor 1.

Tipos por referência

Agora considere o código abaixo:

String Y = "1";

String é um tipo por referência. A variável Y, assim como a variável X, também contém um valor, mas o valor da variável Y não é "1"! O valor da variável Y é uma referência para um objeto string.

Outra forma de dizer: a variável Y não armazena o valor atribuído a ela mas sim uma referência para este valor, o qual está em algum outro lugar por aí na memória.

Uma analogia* comum é dizer que uma variável de um tipo por referência contém o endereço do valor ou o endereço do objeto que representa o valor, em vez de conter o próprio valor. Mas este endereço, por si só, também é um valor (em alguns aspectos).

*Analogia** porque em várias linguagens, como Java e C#, a referência não pode ser manipulada como um endereço ou um ponteiro de verdade poderiam ser.

Desde que haja suporte na linguagem, um objeto por referência pode ser passado tanto por valor quanto por referência; e um objeto por valor também pode ser passado tanto por valor quanto por referência.

O restante da resposta vai demonstrar isso e vai demonstrar também que:

O tipo do objeto (seja por valor ou por referência) não afeta a maneira como ele vai ser passado por parâmetro (se por valor ou por referência), mas pode afetar os efeitos que a interação com este parâmetro pode causar no objeto.

Para tentar evitar confusão, o restante da resposta chama os tipos por valor de "tipos primitivos", e os tipos por referência de "tipos complexos", que é como eles são conhecidos em algumas comunidades.

Diferença entre passagem por valor e passagem por referência

A definição mais simples e de alto nível que consigo pensar, é:

Na passagem por valor, é passada uma cópia do valor da variável.

Na passagem por referência, é passada uma referência à própria variável.

Isso é verdade independetemente do tipo da variável.

Ou seja, não importa se o tipo de uma variável é primitivo ou complexo, a afirmação acima é sempre verdadeira.

Veja este código (válido tanto em C# quanto em Java) onde passamos um argumento por valor:

void metodoQualquer(int parametro1) {
    parametro1 = 26;
}
...
int meuNumeroFavorito = 13;
metodoQualquer(meuNumeroFavorito);
//aqui, *meuNumeroFavorito* permanece 13.

No código acima, metodoQualquer recebeu uma cópia do valor de meuNumeroFavorito, então quando ele alterou este valor, ele estava alterando uma cópia e não afetou o valor da variável meuNumeroFavorito.

Agora veja este código (válido em C# mas não em Java) onde passamos um argumento por referência:

void metodoQualquer(ref int parametro1) {
    parametro1 = 26;
}
...
int meuNumeroFavorito = 13;
metodoQualquer(ref meuNumeroFavorito);
//aqui, *meuNumeroFavorito* agora é 26!

No código acima, metodoQualquer recebeu uma referência à variável meuNumeroFavorito, então ele alterou o valor da própria variável em vez de alterar uma cópia do seu valor.

Este código é válido em C# mas não em Java porque Java não suporta passagem por referência.

Passando tipos complexos por valor

O comportamento observado quando passamos tipos complexos por valor confunde algumas pessoas.

Vamos ver um objeto complexo sendo passado por valor:

void metodoQualquer(Objeto parametro1) {
    parametro1.atributo = 26;
}
...
Objeto meuNumeroFavorito = new Objeto();
meuNumeroFavorito.atributo = 13;
metodoQualquer(meuNumeroFavorito);
//aqui, *meuNumeroFavorito.atributo* agora é 26.

Então eu passei um argumento por valor e as alterações feitas neste argumento são percebidas na variável original.

Isso ocorre porque uma variável de tipo complexo contém uma referência ao objeto. A palavra "referência" aqui tem outro sentido. Podemos dizer que referência, neste contexto, é o endereço de memória onde o objeto reside de fato. Então a variável contém na verdade um endereço de memória, e se formos até este endereço vamos encontrar lá o nosso objeto.

Quando eu passo esta variável como argumento para o metodoQualquer, já que o argumento foi passado por valor, foi feita uma cópia do conteúdo da variável - este conteúdo é a referência para o objeto, ou seja, o seu endereço. E agora cada variável contém uma cópia do endereço do mesmo objeto. De modo que ao alterar os atributos deste objeto através de uma destas variáveis, o efeito será percebido ao acessar o objeto pela outra variável.

    meuNumeroFavorito -> contém o endereço #B5F67
    parametro1        -> contém o endereço #B5F67

    No endereco de memória #B5F67, reside o objeto para o qual ambas as variáveis apontam.

E o struct?

Em C# temos structs, que assim como int também é um tipo por valor, que é o que eu venho generalizando nesta resposta como tipo primitivo.

Em C#, tipo "primitivo" e "complexo" pode se tornar uma nomenclatura simplista demais, uma vez que todos os tipos herdam de object e eu posso declarar tipos do mesmo jeito que os tais primitivos são declarados, usando struct.

Uma variável do tipo de um struct não contém uma referência (ou endereço) para um objeto mas contém sim o seu valor de fato, então quando passamos um struct por valor, o próprio struct é copiado.

Veja o código C# abaixo:

struct MeuInteiro
{
    public int atributo;
}
...
void MetodoQualquer(MeuInteiro meuInteiro)
{
    meuInteiro.atributo = 26;
}
...
var meuInteiro = new MeuInteiro();
meuInteiro.atributo = 13;
MetodoQualquer(meuInteiro);
// aqui, *meuInteiro.atributo* permanece 13!

O valor do atributo do struct passado por valor foi modificado dentro do método e esta modificação não foi percebida fora do método. Isso porque foi feita, digamos assim, uma cópia completa do struct ao passá-lo por valor. São copiadas inclusive as referências que o struct possua para outros objetos complexos.

Se no código acima eu apenas mudar a declaração struct MeuInteiro para class MeuInteiro, o resultado será diferente - depois da execução de MetodoQualquer o valor de meuInteiro.atributo terá sido modificado para 26.

Passando tipos complexos por referência

Ao passar um tipo complexo por referência, eu não passo o endereço do objeto mas sim uma referência à variável que está sendo passada como argumento. E então eu posso alterar o endereço contido nesta variável de modo a fazê-la apontar para outro objeto completamente distinto.

Como eu já disse, Java suporta apenas passagem por valor, de modo que o código abaixo só é válido em C#:

void metodoQualquer(ref Objeto parametro1) {
    parametro1 = new Objeto();
}
...
Objeto meuNumeroFavorito = new Objeto();
metodoQualquer(ref meuNumeroFavorito);
//aqui, *meuNumeroFavorito* agora aponta (ou "referencia") outro objeto completamente distinto.

Respostas diretas às suas perguntas

Na passagem por valor o argumento é copiado. OK, mas o que exatamente é copiado? O objeto inteiro, inclusive todas as suas referências?

Em Java e C#, se "objeto" é de um tipo primitivo, de fato ele é copiado quando passado por valor. Se ele é de um tipo complexo, o objeto em si não é copiado - o que é copiado é a referência para o objeto (ou o "endereço" do objeto).

Se for passado um objeto e esse objeto possui referências para outros, estas outras referências não são copiadas:

void metodoQualquer(Objeto parametro1) {
    parametro1.atributo = null;
    parametro1 = null;
}
...
Objeto argumento = new Objeto();
argumento.atributo = new OutroObjeto();
metodoQualquer(argumento);
//aqui, *argumento* manteve sua referênia ("endereço") para a mesma instância de Objeto
//e *argumento.atributo* agora é null.

O código acima demonstra que, na passagem de um tipo complexo por valor, a referência ao objeto é copiada mas as referências que ele possui não são. (Exceção aos structs do C#, explicados na sua sessão específica).

O que constitui uma passagem por referência?

Constitui passar uma referência à própria variável que se está passando como argumento. Não confundir esta "referência" com uma referência a um objeto na memória.

Se a linguagem possui ponteiros, passar um ponteiro para um objeto como argumento significa que se está passando o objeto por referência?

Não, o ponteiro pode ser passado tanto por valor quanto por referência.

Veja: você passa um ponteiro para um objeto. Se você passar este argumento por valor, o ponteiro está sendo copiado. Se você passar este argumento por referência, você está passando uma referência à sua variável original, e o ponteiro contido nela pode ser mudado dentro do método de modo a apontar para outro objeto.

O que significa exatamente "passar uma referência por valor"? O que da referência está sendo copiado, já que a passagem é por valor?

O que está sendo copiado é a própria referência ao objeto e apenas ela. Podemos dar outro nome para esta referência que está sendo copiada - podemos chamá-la de "endereço". Assim, o que está sendo copiado é o endereço do objeto e não o objeto em si.

Conclusão

  • Na passagem por valor, é passada uma cópia do valor da variável.

  • Na passagem por referência, é passada uma referência à própria variável.

  • O tipo da variável (se "primitivo" ou "complexo") não tem nenhuma relação com o fato de que ela será passada por valor ou por referência.

  • Quando um método manipula uma variável de tipo primitivo passada por valor, esta manipulação não é percebida fora do método.

  • Quando um método manipula os atributos de uma variável de tipo complexo passada por valor, esta manipulação é percebida fora do método.

  • Java suporta apenas passagem por valor.

  • C# suporta passagem por valor e por referência.

  • Em Java e C#, não é feita nenhuma cópia do objeto de tipo complexo ao passá-lo por valor. O que é copiada é a referência ao objeto (ou o "endereço" do objeto).

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"Na passagem por valor o argumento é copiado." OK, mas o que exatamente é copiado? O objeto inteiro, inclusive todas as suas referências?

O que é copiado é exatamente o valor que foi passado como argumento. Esse valor pode ser um primitivo, pode ser um objeto, pode ser um ponteiro (um endereço de memória) ou pode ser uma referência a um objeto (como o valor de uma variável que aponta para um objeto, como qualquer variável que contenha um objeto em Java). Se for passado um objeto e esse objeto possui referências para outros, não é feita uma cópia profunda do objeto, e sim uma cópia das referências que ele contém (pelo menos nas linguagens que conheço, e considerando que a linguagem permita a passagem direta de um objeto, por valor).

O que constitui uma passagem por referência? Se a linguagem possui ponteiros, passar um ponteiro para um objeto como argumento significa que se está passando o objeto por referência?

Estritamente falando, passar um ponteiro não constitui passagem por referência. Tenha em mente que referência é algo mais abstrato que ponteiro, é um conceito, e pode tanto ser usado para explicar uma funcionalidade (nas linguagens que formalmente implementam uma "passagem por referência"), quanto um comportamento (nas que não implementam isso mas permitem fazê-lo de outras maneiras).

Em C, por exemplo, não existe "passagem por referência". Se você passa um ponteiro, o que é passado é uma cópia do endereço de memória onde está o objeto, e esse endereço é guardado num novo ponteiro com escopo local na função. Dependendo do que você faz com esse ponteiro, pode ou não obter o mesmo comportamento de uma passagem por referência:

  • Se você altera o valor do ponteiro (o endereço que ele guarda), o objeto original não é afetado, ao contrário do que ocorreria um uma passagem por referência.

  • Se você desreferencia o ponteiro e altera o valor guardado no endereço que ele registra, o comportamento é equivalente ao de uma passagem por referência.

O que significa exatamente "passar uma referência por valor"? (volta aqui o primeiro item - o que da referência está sendo copiado, já que a passagem é por valor?)

Passar uma referência por valor é bem diferente de passar um valor por referência! Para explicar isso, pense em uma variável qualquer que contenha um objeto. Por exemplo, em Java:

Foo bar = new Foo();

A variável bar contém uma referência a uma instância de Foo. Essa instância tem uma identidade própria, cuja representação é até mesmo exposta pela linguagem se você pedir um bar.hashCode(). Pode haver múltiplas referências a esse mesmo objeto:

Foo baz = bar; // cria uma CÓPIA da referência, apontando pra o mesmo objeto

Ao passar esse objeto para uma função, ocorre o mesmo que na atribuição acima: cria-se uma cópia da referência. A referência tem um valor, e esse valor representa uma maneira de se encontrar o objeto na memória (provavelmente envolvendo ponteiros, mas isso é detalhe de implementação – no caso do Java, da implementação da JVM). É esse valor que é copiado quando uma referência é passada por valor. Alterar esse valor não altera outras referências com valor igual. Você pode manipular o objeto para o qual a referência aponta, porém se atribuir algo diretamente à referência, o objeto não é afetado.

Já uma passagem por referência manipula diretamente aquilo que é referenciado. Se um objeto é passado por referência e a variável que representa essa referência é nulificada, o objeto deixa de existir.

-1

Em resumo , passagem por valor não altera o resultado da variavel (antes da passagem ser efetuada) sendo assim menos economica em termos de gasto de memoria.

Já a passagem por referência , o programa vai alterar diretamente o valor de um endereço de memoria especifico.

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