MIT_6.031之可变性和不变性

可变性与不变性

可变性（Mutability）：
- 可变对象允许在不创建新实例的情况下改变其值或状态。
- 对象的状态可以在多个地方进行更改，可能导致不可预见的结果。
不变性（Immutability）：
- 不变对象的状态在创建后无法更改。
- 每次对不变对象的修改都会返回一个新的对象。

`String` 与 `StringBuilder`

String：
- String 是不可变类型。创建一个 String 对象后，内容不能被修改。
- 任何对 String 的修改都会生成一个新的 String 对象。
- 示例：
  1
  2
  3
  String s = "a";
  s = s.concat("b"); // s 现在指向新的 String 对象 "ab"
  // s += "b" 也会产生相同的效果
StringBuilder：
- StringBuilder 是可变类型，提供修改对象内容的方法。
- 对 StringBuilder 的操作不会创建新对象。
- 示例：
  1
  2
  StringBuilder sb = new StringBuilder("a");
  sb.append("b"); // sb 仍然指向同一个 StringBuilder 对象，现在内容为 "ab"

性能比较

不变性的问题：

使用 String 拼接字符串的时间复杂度为 O(n^2)：

String s = "";
for (int i = 0; i < n; ++i) {
    s = s + i; // 每次都创建新的 String 对象
}

可变性带来的优势：

使用 StringBuilder 拼接字符串的时间复杂度为 O(n)：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < n; ++i) {
    sb.append(String.valueOf(i)); // 直接在原对象上修改
}
String s = sb.toString(); // 最后转换为 String

使用可变性与不变性的权衡

可变性带来的风险：
- 代码的可读性和可维护性下降。程序员可能难以追踪可变对象的状态变化。
- 函数传递可变对象可能导致意外修改，造成错误。
不变性的优点：
- 更安全，易于理解和维护。
- 避免了别名问题，确保一个对象只有一个状态。

迭代器与可变性

迭代器的设计：
- 迭代器提供了一种统一的方式来访问不同内部表示的集合数据结构。
- 可变对象的修改可能破坏迭代器的状态。

示例：

List<String> subjects = new ArrayList<>(Arrays.asList("6.045", "6.005", "6.813"));
Iterator<String> iter = subjects.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    String subject = iter.next();
    if (subject.startsWith("6.")) {
        subjects.remove(subject); // 会导致 ConcurrentModificationException
    }
}

解决方法：

使用 iter.remove() 来安全地从集合中删除元素：

Iterator<String> iter = subjects.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    String subject = iter.next();
    if (subject.startsWith("6.")) {
        iter.remove(); // 安全删除
    }
}