AP CSA 3.6：用 BlueJ 看懂对象引用

September 21, 2026

3.6 最需要建立的是一个清楚的 reference mental model： object 在哪里？reference 指向哪里？

每次看代码，都问两个问题：
① 现在一共有几个 object？　② 哪些 reference 指向同一个 object？

先看整条路线

点击任意卡片，直接展开对应部分。

数 new

数 object

画 reference 箭头

1 Class 怎么会变成一种 Type？

先看三行代码：

Three instance variables

private int level;
private String username;
private Avatar avatar;

第三行中的 Avatar 出现在了 type 的位置。原因是 Java 中：

定义一个 class，也就定义了一种新的 reference type。

当我们写：

Avatar.java

public class Avatar
{
    ...
}

从这一刻开始，Avatar 就可以像 String 一样出现在 variable declaration、parameter 和 return type 中。

代码	Type	Variable 中保存什么
`int level;`	primitive type	一个整数值
`String username;`	class / reference type	一个 object reference
`Avatar avatar;`	我们定义的 class / reference type	一个 object reference

avatar
  │
  │ reference
  ▼
┌────────────────┐
│ Avatar object  │
└────────────────┘

检查理解： String 和 Avatar 有什么共同点？

★ BlueJ 准备：建立 Avatar.java

新建 BlueJ Project，例如：

Project name

Unit3_6_ObjectReferences

创建 class：Avatar，然后复制下面的完整代码。

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;
    }

    public void takeDamage(int amount)
    {
        health -= amount;
    }

    public String toString()
    {
        return name + " (HP: " + health + ")";
    }
}

Compile 后，在 Object Bench 创建：

Create an Avatar

new Avatar("Knight", 80)

object name 设为：

Object name

avatar1

右键 avatar1 → Inspect，把它想成：

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

BlueJ Object Bench 帮助我们把 reference 可视化。它不是 Java memory 的真实图片，但很适合用来追踪 object。

2 BlueJ Task 1：让 GameProfile 拥有一个 Avatar

创建第二个 class：GameProfile。复制下面的 scaffold，再完成其中的空格。

GameProfile.java — scaffold

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

    // TODO 1
    // GameProfile has an Avatar.
    // 这里的 type 应该是什么？
    private ________ avatar;


    // TODO 2
    // constructor 需要接收一个 Avatar object 的 reference。
    public GameProfile(String u, int l, ________ a)
    {
        username = u;
        level = l;

        // 把 parameter 中的 reference 存进 instance variable。
        avatar = ________;
    }


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


    // TODO 3
    // 接收另一个 Avatar reference，然后让那个 Avatar 恢复 health。
    public void healAvatar(________ target, int amount)
    {
        ________.heal(amount);
    }


    // TODO 4
    // 返回这个 GameProfile 保存的 Avatar reference。
    public ________ getAvatar()
    {
        return ________;
    }
}

先完成 TODO 1 和 TODO 2，然后 Compile。

观察：
为什么 String 可以放在 type 的位置？
为什么 Avatar 也可以放在 type 的位置？

String

Java 已经提供的 class。

String username;

Avatar

我们自己写的 class。

Avatar avatar;

这时可以用一句很简单的话描述：

GameProfile has an Avatar.
这就是这里需要理解的 has-a relationship。

3 Experiment：Two References, One Object

Object Bench 上已经有：

Existing object

avatar1

完成并 Compile GameProfile 后，创建：

Create a GameProfile

new GameProfile("Alex", 5, avatar1)

object name 设为：

Object name

profile1

第三个 argument 是 avatar1。这一步没有执行新的 new Avatar(...)。

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

两个 reference，一个 Avatar object。

现在让 BlueJ 证明这件事

右键 profile1 → 调用 printProfile()
右键 avatar1 → 调用 setHealth(20)
再次调用 profile1.printProfile()

先预测： profile1 看到的 Avatar health 是 80 还是 20？画一张 reference 图说明理由。

Constructor 里发生了什么？

创建 profile1 时：

Constructor call

new GameProfile("Alex", 5, avatar1)

parameter a 得到的是 avatar1 中 reference value 的 copy：

avatar1 ─────┐
             ▼
          Avatar
             ▲
a ───────────┘

当 constructor 再执行：

Store the reference

avatar = a;

就形成：

avatar1 ──────────┐
a ────────────────┼──► same Avatar object
profile1.avatar ──┘

Java is pass by value.
当 argument 是 object reference 时，被复制的 value 就是那个 reference。

4 BlueJ Task 2：Object 也可以作为 Method Argument

现在完成 scaffold 中的 TODO 3：

TODO 3

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

Compile 后，在 BlueJ 中调用：

Method call

profile1.healAvatar(avatar1, 30)

先预测： 调用后，avatar1 的 health 会不会改变？

method 运行时，target 是一个新的 parameter variable。它得到的是 reference value 的 copy：

avatar1 ─────┐
             ▼
          Avatar
             ▲
target ──────┘

关键问题： target.heal(amount) 改变的是 parameter variable 本身，还是它所指向的 Avatar object？

实验完成后，再调用：

Check the result

profile1.printProfile()

5 Experiment：修改 Object vs 修改 Reference

在 GameProfile 中加入下面这个 method，并补全 type：

tryToReplace scaffold

public void tryToReplace(________ target)
{
    target = new Avatar("Robot", 100);
}

Compile 后调用：

Method call

profile1.tryToReplace(avatar1)

先预测： 调用结束后，avatar1 会指向 Knight 还是 Robot？

method 开始时：

avatar1 ─────┐
             ▼
          Knight
             ▲
target ──────┘

执行：

Reassign the parameter

target = new Avatar("Robot", 100);

完成这张图：

avatar1 ─────────► __________

target  ─────────► __________

然后在 BlueJ 中依次：

调用 tryToReplace
Inspect avatar1
调用 profile1.printProfile()

把两种操作并排看

操作 A

Modify object

target.heal(30);

想一想：谁发生了变化？

操作 B

Reassign reference

target = new Avatar("Robot", 100);

想一想：谁发生了变化？

完成下面两句：

target.heal(30) → 修改 ____________________
target = new Avatar(...) → 修改 ____________________

6 BlueJ Task 3：Method 返回一个 Object

现在完成 scaffold 中的 TODO 4：

TODO 4

public ________ getAvatar()
{
    return ________;
}

如果 method 返回的是一个 Avatar object 的 reference， return type 应该是什么？

Compile 后：

右键 profile1
调用 getAvatar()
让 BlueJ 显示返回的 object
如果 BlueJ 提供 Get，把返回的 object 放到 Object Bench
给它一个名字，例如 avatar2

现在 Object Bench 上可能有：

avatar1
profile1
avatar2

先判断： 现在一共有几个 Avatar object？
用 new Avatar(...) 实际执行了几次来判断。

如果 avatar2 和 profile1.avatar 指向同一个 object：

Test the returned reference

avatar2.setHealth(1)

然后再次调用：

Check

profile1.printProfile()

观察结果，再画出三个 reference 的箭头。

✓ AP 题怎么追踪 Reference？

代码变长以后，继续使用同一套方法。

第一步：数 `new`

Example

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

这里真正执行的 new Avatar(...) 只有一次。

第二步：数 object

1 个 Avatar object

第三步：画 reference

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

Reference 的数量 ≠ Object 的数量。

Primitive 和 Object 放在一起比较

Primitive argument

score = 80
   │ copy
   ▼
x = 80

复制的是 primitive value。

Object argument

avatar1 ───┐
           ▼
        Avatar
           ▲
target ────┘

复制的是 reference value。

Java 的规则始终一致：pass by value。
区别只是被复制的 value 是 primitive value，还是 reference value。

⚡ BlueJ Challenge：先画，再运行

Challenge 1

Challenge 1

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

a2.setHealth(10);

a1.getHealth() 是多少？

Challenge 2

Method

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

Run

Avatar a1 = new Avatar("Knight", 80);
profile1.change(a1);

a1.getHealth() 是多少？

Challenge 3

Method

public void change(Avatar target)
{
    target = new Avatar("Robot", 100);
}

Run

Avatar a1 = new Avatar("Knight", 80);
profile1.change(a1);

a1 现在指向 Knight 还是 Robot？

Challenge 4

Return a reference

Avatar a2 = profile1.getAvatar();

a2 和 profile1.avatar 是两个不同的 Avatar object，还是两个 reference 指向同一个 Avatar object？

最后的 Mental Model

avatar1 ────────────┐
                    │
profile1.avatar ────┼──► Avatar object
                    │
avatar2 ────────────┘

上图中有 3 个 reference，但只有 1 个 Avatar object。

遇到 reference 题：

数 new

数 object

画 reference 箭头

完成后核对

GameProfile.java 完整版本

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);
    }

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

    public Avatar getAvatar()
    {
        return avatar;
    }
}

Experiment：Two References, One Object

avatar1.setHealth(20) 后， profile1.printProfile() 看到的 health 也是 20。

avatar1 ─────────────┐
                     ▼
                  Avatar
                     ▲
profile1.avatar ─────┘

TODO 3：healAvatar

Answer

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

target 和 caller 中的 reference 指向同一个 Avatar object，所以 target.heal(...) 修改的是共享 object。

tryToReplace

Answer

public void tryToReplace(Avatar target)
{
    target = new Avatar("Robot", 100);
}

执行重新赋值后：

avatar1 ─────────► Knight

target  ─────────► Robot

target 改变了自己保存的 reference。 caller 中的 avatar1 仍然指向原来的 Knight object。

修改 Object vs 修改 Reference

target.heal(30)
→ 修改 target 指向的 object

target = new Avatar(...)
→ 修改 target 自己保存的 reference

TODO 4：getAvatar

Answer

public Avatar getAvatar()
{
    return avatar;
}

return avatar; 返回的是 reference value。它不会自动创建一个新的 Avatar object。

profile1.avatar ───┐
                   ▼
                Avatar
                   ▲
avatar2 ───────────┘

Challenge Answers

Challenge 1： 10

Challenge 2： 5

Challenge 3： a1 仍然指向 Knight

Challenge 4： 两个 reference 指向同一个 Avatar object

先看整条路线

String

Avatar

现在让 BlueJ 证明这件事

Constructor 里发生了什么？

把两种操作并排看

操作 A

操作 B

第一步：数 new

第二步：数 object

第三步：画 reference

Primitive 和 Object 放在一起比较

Primitive argument

Object argument

Challenge 1

Challenge 2

Challenge 3

Challenge 4

最后的 Mental Model

完成后核对

第一步：数 `new`