AP CSA 3.6：用 BlueJ 看懂对象引用

September 21, 2026

这是一份 BlueJ 动手实验。每一步只增加一个新概念：写一点代码 → Compile → 在 Object Bench 观察 → 画 reference。

整节课只追踪两件事：
① 每次执行 new 时，创建了什么 object？
② 现在有哪些 reference 指向这些 object？

实验路线

点击卡片可以直接展开对应步骤。

0 BlueJ 准备：先建立 Avatar

新建一个 BlueJ Project，例如 Unit3_6_ObjectReferences，然后创建 class Avatar。

复制下面的完整代码并 Compile。

Avatar.java

public class Avatar
{
    private String name;
    private int health;

    public Avatar(String n, int h)
    {
        name = n;
        health = h;
    }

    public String getName()
    {
        return name;
    }

    public int getHealth()
    {
        return health;
    }

    public void setHealth(int h)
    {
        health = h;
    }

    public void heal(int amount)
    {
        health += amount;
    }
}

BLUEJ 操作右键 Avatar class → 选择 constructor → name 输入 "Knight"，health 输入 80。把 Object Bench 上的新对象命名为 avatar1。

avatar1
   │
   ▼
┌─────────────────┐
│ Avatar object   │
│ name = Knight   │
│ health = 80     │
└─────────────────┘

关键：avatar1 是 reference variable。它保存的是指向这个 Avatar object 的 reference。

1 Class 怎么会成为一种 Type？

先比较三种 variable declaration：

Compare the types

int level;
String username;
Avatar avatar;

`String`

Java 已经提供的 class。

String 因此也是一种 reference type。

`Avatar`

我们自己写的 class。

写出 class Avatar 后，Avatar 也成为一种 reference type。

一句话：定义一个 class，也就定义了一种新的 reference type。

创建 GameProfile

新建 class GameProfile，复制下面的 scaffold。所有 TODO 都只是 comment，所以这份 scaffold 本身可以 Compile。

GameProfile.java — Stage 1 scaffold

public class GameProfile
{
    private String username;
    private int level;

    // TODO 1：在这里声明一个 Avatar 类型的 instance variable，变量名叫 avatar


    public GameProfile(String u, int l, Avatar a)
    {
        username = u;
        level = l;

        // TODO 2：把 parameter a 保存到 instance variable avatar

    }

    public void printProfile()
    {
        System.out.println("Username: " + username);
        System.out.println("Level: " + level);

        // TODO 3：输出 avatar 的 name，使用 avatar 的 getter


        // TODO 4：输出 avatar 的 health，使用 avatar 的 getter

    }
}

第一轮：完成 TODO 1 和 TODO 2，然后 Compile。

写代码前先说出来：
TODO 1 这一行的 type 为什么可以写成 Avatar？

Compile 成功后，再完成 TODO 3 和 TODO 4，然后再次 Compile。

BLUEJ 操作右键 GameProfile class → constructor。
u: "Alex"
l: 5
a: 使用 Object Bench 上已有的 avatar1
把新对象命名为 profile1。

等价的 Java 写法：

Equivalent Java

GameProfile profile1 = new GameProfile("Alex", 5, avatar1);

图示说明后面的图会写 profile1.avatar 来表示 profile1 内部保存的 private field。在 BlueJ 实验中，请通过 profile1.printProfile() 来观察它。

avatar1 ─────────────┐
                     ▼
                ┌───────────────┐
                │ Avatar object │
                │ Knight        │
                │ HP = 80       │
                └───────────────┘
                     ▲
                     │
profile1.avatar ─────┘

GameProfile has an Avatar.
更准确地说：GameProfile 的一个 instance variable 保存了指向 Avatar object 的 reference。

2 Two References, One Object

现在让 BlueJ 直接验证上面的 reference 图。

BLUEJ 实验 ① 右键 profile1 → printProfile()
② 右键 avatar1 → setHealth(int) → 输入 20
③ 再次调用 profile1.printProfile()

先预测：第三步会显示 HP = 80 还是 HP = 20？用箭头图解释。

Constructor 调用时

constructor 的 parameter a 得到的是 avatar1 中 reference value 的 copy。

调用 constructor 的过程中：

avatar1 ──────────┐
a ────────────────┼──► Knight
profile1.avatar ──┘

Constructor 结束后

avatar1 ──────────┐
                  ├──► Knight
profile1.avatar ──┘

parameter a → constructor 结束后离开它的 scope

Java is pass by value.
这里被复制的 value 恰好是一个 object reference。

3 Object 作为 Method Argument

这一次我们创建一个不同的 Avatar，这样 parameter 的作用会更清楚。

BLUEJ 操作再创建一个 Avatar：name = "Mage"，health = 40。
Object Bench name：avatar2。

avatar1 ─────► Knight (HP 20)

avatar2 ─────► Mage   (HP 40)

profile1.avatar ─────► Knight

给 GameProfile 增加一个 method

把下面这段 method 放进 GameProfile class，位置在 class 最后一个 } 之前。TODO 仍然只是 comment，所以 method 在你动笔之前也能 Compile。

Add to GameProfile

public void healAvatar(Avatar target, int amount)
{
    // TODO：使用 target 调用 heal method，并把 amount 作为 argument 传进去

}

自己写完整的一行 Java，然后 Compile。

BLUEJ 实验右键 profile1 → healAvatar(Avatar target, int amount)
target: avatar2
amount: 30

等价的 Java method call：

Equivalent Java

profile1.healAvatar(avatar2, 30);

先预测：Mage 的 health 会变成多少？Knight 会不会改变？

Method 运行过程中

profile1.avatar ─────► Knight

avatar2 ─────┐
             ├──────► Mage
target ──────┘

target 是 method 运行时创建的临时 parameter variable。调用时，Java 用 avatar2 当前保存的 reference 来初始化 target。因此它们一开始指向同一个 Mage object，但它们不是同一个 variable。

Method 结束后

profile1.avatar ─────► Knight

avatar2 ─────────────► Mage

target → method 结束后离开它的 scope

如果 method 通过 target 修改 Mage，avatar2 之后看到的也是同一个已经被修改的 Mage object。

4 Argument 和 Parameter：不是同一个 Variable

这一步不再创建新的 Robot，也不让 target 改指向。我们只把上一步真正发生的事情拆开看清楚。

Method call

profile1.healAvatar(avatar2, 30);

Argument：`avatar2`

avatar2 是 method 外面已经存在的 variable。它指向 Mage。

Parameter：`target`

target 是 method 开始运行时创建的临时 variable。method 结束后，它离开 scope。

调用开始时发生什么？

Java 创建 parameter target，并用 avatar2 当前保存的 reference 来初始化它。为了理解，可以把这一瞬间想成：

Conceptual model

Avatar target = avatar2;

注意这不是你需要额外写进程序的一行代码，只是帮助理解 method call 时 parameter 怎样得到初始值。

avatar2 ─────┐
             ├────► Mage (HP 40)
target  ─────┘

最重要的一点：target 不是 avatar2 的另一个名字。它们是两个不同的 variables；只是 method 刚开始时，它们指向同一个 Mage object。

然后执行 `target.heal(30)`

target 顺着自己的 reference 找到 Mage，并修改这个 Mage object。因为 avatar2 也指向同一个 Mage，所以 method 结束后，从 avatar2 也能看到 HP 已经变成 70。

method 运行时：

avatar2 ─────┐
             ├────► Mage (HP 70)
target  ─────┘

method 结束后：

avatar2 ─────────► Mage (HP 70)
target → 离开 scope

target 存在的意义：
它是 method 内部对“这一次传进来的 Avatar”使用的临时 variable。
因此同一个 healAvatar method 可以处理 avatar1、avatar2 或其他 Avatar，而不需要为每个 object 写一个新的 method。

5 Method 返回一个 Object Reference

最后让 GameProfile 返回它保存的 Avatar reference。

把下面的 TODO comments 放到 GameProfile class 最后一个 } 之前。comments 不影响 Compile。

TODO for getAvatar

// TODO：写一个 public method
// method name：getAvatar
// parameter：没有
// return type：Avatar
// method body：return GameProfile 保存的 instance variable avatar

根据四条 comment 自己写出整个 method，然后 Compile。

BLUEJ 实验右键 profile1 → 调用 getAvatar()。
BlueJ 显示返回的 object 后，使用 Get 把这个 returned object 放到 Object Bench，并命名为 avatar3。

先预测：avatar3 是一个新 Avatar object，还是另一个指向 Knight 的 reference？

调用 getAvatar() 本身没有执行新的 new Avatar(...)。

avatar1 ──────────┐
                  │
profile1.avatar ──┼────► Knight
                  │
avatar3 ──────────┘

最后验证右键 avatar3 → setHealth(int) → 输入 1。
然后调用 profile1.printProfile()。

return avatar; 返回的是 reference value。Java 不会因为 return 一个 object reference 就自动复制整个 object。

✓ AP 题：怎么追踪 Reference？

① 标记每次执行的 new

② 画出每个 reference

③ method 结束时移除 local parameter

Example

Trace it

Avatar a1 = new Avatar("Knight", 80);
Avatar a2 = a1;
Avatar a3 = a2;

a1 ───┐
a2 ───┼────► one Avatar object
a3 ───┘

Reference 的数量和 object 的数量是两件不同的事。

Primitive vs Object Argument

Primitive

score = 80
   │ copy
   ▼
x = 80

parameter 得到 primitive value 的 copy。

Object Reference

avatar2 ───┐
           ├──► Mage
target ────┘

parameter 得到 reference value 的 copy。

两种情况都遵守同一个规则：Java is pass by value.

⚡ Quick Check：只画图，不改 Project

下面的题目用来练 reference tracing。直接在纸上或脑中画箭头即可，不需要把这些 method 加进当前 BlueJ project。

Challenge 1

Predict

Avatar a1 = new Avatar("Knight", 80);
Avatar a2 = a1;
a2.setHealth(10);

a1.getHealth() 是多少？

Challenge 2

Predict

public void changeHealth(Avatar target)
{
    target.setHealth(5);
}

如果把一个 health = 80 的 Avatar reference 传进去，method 结束后原来的 Avatar health 是多少？

Challenge 3

Predict

profile1.healAvatar(avatar2, 30);

method 运行时，avatar2 和 parameter target 是同一个 variable 吗？它们是否指向同一个 object？

Challenge 4

Predict

Avatar a2 = profile1.getAvatar();

如果 getAvatar() 只是 return avatar;，这一行创建了新的 Avatar object 吗？

完成后核对

这里集中放完整代码和 Quick Check 答案。

Stage 1：GameProfile TODO 1–4

TODO 1

private Avatar avatar;

TODO 2

avatar = a;

TODO 3

System.out.println("Avatar: " + avatar.getName());

TODO 4

System.out.println("Health: " + avatar.getHealth());

Stage 3：healAvatar

Answer

public void healAvatar(Avatar target, int amount)
{
    target.heal(amount);
}

Mage 从 HP 40 变成 HP 70；Knight 不受影响。

Stage 4：Argument vs Parameter

avatar2 是 argument；target 是 method 运行时创建的临时 parameter variable。它们不是同一个 variable。

avatar2 ─────┐
             ├────► Mage
target  ─────┘

method 刚开始时，它们指向同一个 Mage。target.heal(...) 修改的是这个共享的 Mage object；method 结束后 target 离开 scope，avatar2 仍然存在。

Stage 5：getAvatar

Answer

public Avatar getAvatar()
{
    return avatar;
}

完整 GameProfile.java

GameProfile.java

public class GameProfile
{
    private String username;
    private int level;
    private Avatar avatar;

    public GameProfile(String u, int l, Avatar a)
    {
        username = u;
        level = l;
        avatar = a;
    }

    public void printProfile()
    {
        System.out.println("Username: " + username);
        System.out.println("Level: " + level);
        System.out.println("Avatar: " + avatar.getName());
        System.out.println("Health: " + avatar.getHealth());
    }

    public void healAvatar(Avatar target, int amount)
    {
        target.heal(amount);
    }


    public Avatar getAvatar()
    {
        return avatar;
    }
}

Quick Check Answers

Challenge 1：10。a1 和 a2 指向同一个 object。
Challenge 2：5。method 修改了共享 object。
Challenge 3：不是同一个 variable；但 method 运行时，avatar2 和 target 指向同一个 Mage object。
Challenge 4：没有创建新的 Avatar object；得到的是另一个 reference。

实验路线

String

Avatar

创建 GameProfile

Constructor 调用时

Constructor 结束后

给 GameProfile 增加一个 method

Method 运行过程中

Method 结束后

Argument：avatar2

Parameter：target

调用开始时发生什么？

然后执行 target.heal(30)

Example

Primitive vs Object Argument

Primitive

Object Reference

Challenge 1

Challenge 2

Challenge 3

Challenge 4

完成后核对

`String`

`Avatar`

Argument：`avatar2`

Parameter：`target`

然后执行 `target.heal(30)`