Java Swing绘图中的常见陷阱：理解对象引用与正确绘制图形

问题描述

在开发基于java swing的绘图应用程序时，开发者可能会遇到一个令人困惑的现象：程序似乎只能显示用户绘制的最后一个图形（如线条或圆形），而之前绘制的所有图形都消失了，或者它们的位置都“跳”到了最后一个图形的位置。尽管代码逻辑看起来是向jpanel的arraylist中添加了不同的图形对象，并且每次添加后都调用了repaint()，但paintcomponent方法执行时，所有图形都呈现出相同的最终状态。

问题分析：Java对象引用的本质

这个问题的核心在于对Java中对象引用和值传递的理解。在提供的代码中，Painter类定义了两个Point类型的成员变量startPoint和endPoint：

public class Painter implements ActionListener, MouseListener, MouseMotionListener {
    // ...
    Point startPoint = new Point();
    Point endPoint = new Point();
    // ...
}

当鼠标事件发生时，这些Point对象的location属性被更新：

@Override
public void mousePressed(MouseEvent e) {
    startPoint.setLocation(e.getPoint()); // 更新startPoint的坐标
}

@Override
public void mouseReleased(MouseEvent e) {
    endPoint.setLocation(e.getPoint()); // 更新endPoint的坐标

    if (object == 0) {
        canvas.addPrimitive(new Line(startPoint, endPoint, temp));
    }
    // ...
}

问题出在new Line(startPoint, endPoint, temp)这一行。当创建一个Line对象时，它接收的startPoint和endPoint参数是Painter类中定义的那两个成员变量的引用，而不是它们当前坐标值的副本。这意味着，所有被添加到PaintingPanel的primitives列表中的Line（或Circle）对象，都共享了Painter类中相同的startPoint和endPoint实例。

因此，当用户绘制第二个图形时，Painter的startPoint和endPoint成员变量的location会再次被更新。由于之前创建的所有Line对象都引用着这两个相同的Point实例，它们的内部坐标也会随之改变。最终，当paintComponent方法被调用来重新绘制所有图形时，primitives列表中的所有图形对象都会使用startPoint和endPoint的最新坐标值进行绘制，导致它们都显示在最后绘制的图形的位置上。

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解决方案

要解决这个问题，我们需要确保每个绘制的图形对象都拥有其独立的、不随外部变化而改变的起始点和结束点坐标。这可以通过两种主要方式实现：

1. 在事件处理中创建新的Point实例

而不是更新Painter类成员变量startPoint和endPoint的location，我们应该在每次鼠标按下和释放时，创建新的Point对象来记录当前事件的坐标。

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修改Painter类中的mousePressed和mouseReleased方法：

// Painter Class
// ...
@Override
public void mousePressed(MouseEvent e) {
    // 直接将e.getPoint()返回的新Point对象赋值给startPoint
    // 或者为了更明确地创建一个副本，可以使用 new Point(e.getPoint())
    startPoint = e.getPoint(); 
}

@Override
public void mouseReleased(MouseEvent e) {
    // 同理，为endPoint创建一个新的Point对象
    endPoint = e.getPoint();

    if (object == 0) {
        // 现在传递给Line构造函数的是新创建的Point对象的引用
        canvas.addPrimitive(new Line(startPoint, endPoint, temp));          
    }

    if (object == 1){
        canvas.addPrimitive(new Circle(startPoint, endPoint, temp));            
    }

    canvas.repaint();
}
// ...

解释： e.getPoint()方法在每次调用时都会返回一个新的Point对象，代表了当前鼠标事件的坐标。通过将这个新的Point对象直接赋值给startPoint和endPoint，我们确保了每次鼠标事件都会生成一组独立的坐标，并传递给新的图形对象。

2. 在图形对象构造时进行防御性复制

即使Painter类在事件处理中创建了新的Point实例，为了代码的健壮性和防止未来可能出现的意外修改，最佳实践是在图形对象的构造函数中，对传入的Point参数进行防御性复制。这意味着Line（和Circle）对象不直接存储传入Point对象的引用，而是创建这些Point对象的副本，并存储这些副本。

修改Line类构造函数：

// Line Class
// ...
public class Line extends PaintingPrimitive{
    Point startPoint; // 移除默认初始化，在构造函数中处理
    Point endPoint;   // 移除默认初始化，在构造函数中处理

    public Line(Point start, Point end, Color c) {
        super(c);
        // 对传入的Point对象进行防御性复制，确保Line对象内部的Point是独立的
        this.startPoint = new Point(start); 
        this.endPoint = new Point(end);
    }

    public void drawGeometry(Graphics g) {
        System.out.println("draw geo called"); // 注意：在实际应用中应避免在paintComponent中进行System.out.println，会影响性能
        g.drawLine(startPoint.x, startPoint.y, endPoint.x, endPoint.y);
    }
    // ...
}

解释： new Point(start)会创建一个新的Point对象，其坐标与传入的start对象相同。这样，Line对象内部的startPoint和endPoint就与外部的Point对象完全解耦，即使外部的Point对象后续被修改，也不会影响到Line对象自身的绘制状态。

最佳实践与注意事项

1. 理解对象引用与值传递： 这是Java编程中的一个基础且重要的概念。对于基本数据类型，传递的是值；对于对象，传递的是对象的引用。当一个方法接收一个对象作为参数时，它得到的是该对象的一个引用，可以通过这个引用修改对象的状态。
2. 防御性编程： 在构造函数中对可变对象（如Point）进行防御性复制是一种良好的编程习惯，可以有效避免外部代码对对象内部状态的意外修改，提高代码的健壮性。
3. Point与Point2D： java.awt.Point是一个可变类。在现代Java图形编程中，java.awt.geom.Point2D及其子类（如Point2D.Double）提供了更灵活的浮点坐标支持，并且通常鼓励使用不可变的数据结构或进行防御性复制。
4. paintComponent中的System.out.println： 在paintComponent方法中进行System.out.println操作应谨慎。paintComponent可能会被频繁调用，大量的输出会严重影响性能。通常只在调试时使用，并在生产代码中移除。
5. g.drawLine(0,0,100,100);： 原始代码中在paintComponent循环内有一行g.drawLine(0,0,100,100);。这行代码与问题本身无关，它只是每次都画一条固定的线，其存在是为了验证paintComponent是否被正确调用。在实际应用中，应移除此类无关的调试代码。

总结

通过理解Java中对象引用的工作原理，并采取相应的策略（在事件处理中创建新对象，在构造函数中进行防御性复制），我们可以有效地解决Swing绘图应用中“只显示最后一个图形”的问题。这不仅确保了图形的正确绘制，也提升了代码的健壮性和可维护性，是进行任何涉及状态管理和对象交互的Java GUI开发时的重要考量。

以上就是Java Swing绘图中的常见陷阱：理解对象引用与正确绘制图形的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！