Thinking：Java中static、this、super、final用法

Z时代
2024-01-10
分类：综合

java

本篇旨在帮助准备学习Java以及刚接触Java的朋友认识、掌握和使用static、this、super、final这几个关键字的使用。Java博大精深，我也是一位正在学习和使用Java的爱好者，文中难免有不妥之处，欢迎指正。

一、static

　　请先看下面这段程序：

public class Hello{
    public static void main(String[] args){ //(1)
      System.out.println("Hello,world!");   //(2)
    }
}

　　看过这段程序，对于大多数学过Java 的从来说，都不陌生。即使没有学过Java，而学过其它的高级语言，例如C，那你也应该能看懂这段代码的意思。它只是简单的输出“Hello,world”，一点别的用处都没有，然而，它却展示了static关键字的主要用法。

　　在1处，我们定义了一个静态的方法名为main，这就意味着告诉Java编译器，我这个方法不需要创建一个此类的对象即可使用。你还得你是怎么运行这个程序吗？一般，我们都是在命令行下，打入如下的命令(加下划线为手动输入)：

javac Hello.java
java Hello
Hello,world!

　　这就是你运行的过程，第一行用来编译Hello.java这个文件，执行完后，如果你查看当前，会发现多了一个Hello.class文件，那就是第一行产生的Java二进制字节码。第二行就是执行一个Java程序的最普遍做法。执行结果如你所料。在2中，你可能会想，为什么要这样才能输出。好，我们来分解一下这条语句。（如果没有安装Java文档，请到Sun的官方网站浏览J2SE API）首先，System是位于java.lang包中的一个核心类，如果你查看它的定义，你会发现有这样一行：public static final PrintStream out;接着在进一步，点击PrintStream这个超链接，在METHOD页面，你会看到大量定义的方法，查找println，会有这样一行：

public void println(String x)。

　　好了，现在你应该明白为什么我们要那样调用了，out是System的一个静态变量，所以可以直接使用，而out所属的类有一个println方法。

静态方法

　　通常，在一个类中定义一个方法为static，那就是说，无需本类的对象即可调用此方法。如下所示：

class Simple{
   static void go(){
     System.out.println("Go...");
   }
}
public class Cal{
public static void main(String[] args){
    Simple.go();
}
}

　　调用一个静态方法就是“类名.方法名”,静态方法的使用很简单如上所示。一般来说，静态方法常常为应用程序中的其它类提供一些实用工具所用，在Java的类库中大量的静态方法正是出于此目的而定义的。

静态变量

　　静态变量与静态方法类似。所有此类实例共享此静态变量，也就是说在类装载时，只分配一块存储空间，所有此类的对象都可以操控此块存储空间，当然对于final则另当别论了。看下面这段代码：

class Value{
static int c=0;
static void inc(){
    c++;
}
}
class Count{
public static void prt(String s){
    System.out.println(s);
}
public static void main(String[] args){
    Value v1,v2;
    v1=new Value();
    v2=new Value();
    prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
    v1.inc();
    prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
}
}

　　结果如下：

v1.c=0 v2.c=0
v1.c=1 v2.c=1

　　由此可以证明它们共享一块存储区。static变量有点类似于C中的全局变量的概念。值得探讨的是静态变量的初始化问题。我们修改上面的程序：

class Value{
static int c=0;
Value(){
    c=15;
}
Value(int i){
    c=i;
}
static void inc(){
    c++;
}
}
class Count{
public static void prt(String s){
    System.out.println(s);
}
    Value v=new Value(10);
    static Value v1,v2;
    static{
      prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
      v1=new Value(27);
      prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
      v2=new Value(15);
      prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
    }

public static void main(String[] args){
    Count ct=new Count();
    prt("ct.c="+ct.v.c);
    prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
    v1.inc();
    prt("v1.c="+v1.c+" v2.c="+v2.c);
    prt("ct.c="+ct.v.c);
}
}

运行结果如下：

v1.c=0 v2.c=0
v1.c=27 v2.c=27
v1.c=15 v2.c=15
ct.c=10
v1.c=10 v2.c=10
v1.c=11 v2.c=11
ct.c=11

　　这个程序展示了静态初始化的各种特性。如果你初次接触Java，结果可能令你吃惊。可能会对static后加大括号感到困惑。首先要告诉你的是，static定义的变量会优先于任何其它非static变量，不论其出现的顺序如何。正如在程序中所表现的，虽然v出现在v1和v2的前面，但是结果却是v1和v2的初始化在v的前面。在static{ 后面跟着一段代码，这是用来进行显式的静态变量初始化，这段代码只会初始化一次，且在类被第一次装载时。如果你能读懂并理解这段代码，会帮助你对static关键字的认识。在涉及到继承的时候，会先初始化父类的static变量，然后是子类的，依次类推。非静态变量不是本文的主题，在此不做详细讨论，请参考Think in Java中的讲解。

静态类

　　通常一个普通类不允许声明为静态的，只有一个内部类才可以。这时这个声明为静态的内部类可以直接作为一个普通类来使用，而不需实例一个外部类。如下代码所示：

public class StaticCls{
public static void main(String[] args){
    OuterCls.InnerCls oi=new OuterCls.InnerCls();
}
}
class OuterCls{
public static class InnerCls{
    InnerCls(){
      System.out.println("InnerCls");
    }
   }
}

　　输出结果会如你所料：

InnerCls

　　和普通类一样。内部类的其它用法请参阅Think in Java中的相关章节，此处不作详解。

二、this & super

　　在上一篇拙作中，我们讨论了static的种种用法，通过用static来定义方法或成员，为我们编程提供了某种便利，从某种程度上可以说它类似于C语言中的全局函数和全局变量。但是，并不是说有了这种便利，你便可以随处使用，如果那样的话，你便需要认真考虑一下自己是否在用面向对象的思想编程，自己的程序是否是面向对象的。好了，现在开始讨论this&super这两个关键字的意义和用法。

　　在Java中，this通常指当前对象，super则指父类的。当你想要引用当前对象的某种东西，比如当前对象的某个方法，或当前对象的某个成员，你便可以利用this来实现这个目的，当然，this的另一个用途是调用当前对象的另一个构造函数，这些马上就要讨论。如果你想引用父类的某种东西，则非super莫属。由于this与super有如此相似的一些特性和与生俱来的某种关系，所以我们在这一块儿来讨论，希望能帮助你区分和掌握它们两个。

在一般方法中

　　最普遍的情况就是，在你的方法中的某个形参名与当前对象的某个成员有相同的名字，这时为了不至于混淆，你便需要明确使用this关键字来指明你要使用某个成员，使用方法是“this.成员名”，而不带this的那个便是形参。另外，还可以用“this.方法名”来引用当前对象的某个方法，但这时this就不是必须的了，你可以直接用方法名来访问那个方法，编译器会知道你要调用的是那一个。下面的代码演示了上面的用法：

public class DemoThis{
private String name;
private int age;
DemoThis(String name,int age){
    setName(name); //你可以加上this来调用方法，像这样：this.setName(name);但这并不是必须的
    setAge(age);
    this.print();
}
public void setName(String name){
    this.name=name;//此处必须指明你要引用成员变量
}
public void setAge(int age){
    this.age=age;
}
public void print(){
    System.out.println("Name="+name+" Age="+age);//在此行中并不需要用this，因为没有会导致混淆的东西
}
public static void main(String[] args){
    DemoThis dt=new DemoThis("Kevin","22");
}
}

　　这段代码很简单，不用解释你也应该能看明白。在构造函数中你看到用this.print(),你完全可以用print()来代替它，两者效果一样。下面我们修改这个程序，来演示super的用法。

class Person{
public int c;
private String name;
private int age;
protected void setName(String name){
    this.name=name;
}
protected void setAge(int age){
    this.age=age;
}
protected void print(){
    System.out.println("Name="+name+" Age="+age);
}
}
public class DemoSuper extends Person{
public void print(){
    System.out.println("DemoSuper:");
    super.print();
}
public static void main(String[] args){
    DemoSuper ds=new DemoSuper();
    ds.setName("kevin");
    ds.setAge(22);
    ds.print();
}
}

　　在DemoSuper中，重新定义的print方法覆写了父类的print方法，它首先做一些自己的事情，然后调用父类的那个被覆写了的方法。输出结果说明了这一点：

DemoSuper:
Name=kevin Age=22

　　这样的使用方法是比较常用的。另外如果父类的成员可以被子类访问，那你可以像使用this一样使用它，用“super.父类中的成员名”的方式，但常常你并不是这样来访问父类中的成员名的。

在构造函数中

　　构造函数是一种特殊的方法，在对象初始化的时候自动调用。在构造函数中，this和super也有上面说的种种使用方式，并且它还有特殊的地方，请看下面的例子：

class Person{
public static void prt(String s){
    System.out.println(s);
}
Person(){
    prt("A Person.");
}
Person(String name){
    prt("A person name is:"+name);
}
}
public class Chinese extends Person{
Chinese(){
    super(); //调用父类构造函数（1）
    prt("A chinese.");//(4)
}
Chinese(String name){
    super(name);//调用父类具有相同形参的构造函数（2）
    prt("his name is:"+name);
}
Chinese(String name,int age){
    this(name);//调用当前具有相同形参的构造函数（3）
    prt("his age is:"+age);
}
public static void main(String[] args){
    Chinese cn=new Chinese();
    cn=new Chinese("kevin");
    cn=new Chinese("kevin",22);
}
}

　　在这段程序中，this和super不再是像以前那样用“.”连接一个方法或成员，而是直接在其后跟上适当的参数，因此它的意义也就有了变化。super后加参数的是用来调用父类中具有相同形式的构造函数，如1和2处。this后加参数则调用的是当前具有相同参数的构造函数，如3处。当然，在Chinese的各个重载构造函数中，this和super在一般方法中的各种用法也仍可使用，比如4处，你可以将它替换为“this.prt”(因为它继承了父类中的那个方法）或者是“super.prt”（因为它是父类中的方法且可被子类访问），它照样可以正确运行。但这样似乎就有点画蛇添足的味道了。

　　最后，写了这么多，如果你能对“this通常指代当前对象，super通常指代父类”这句话牢记在心，那么本篇便达到了目的，其它的你自会在以后的编程实践当中慢慢体会、掌握。另外关于本篇中提到的继承，请参阅相关Java教程。

三、final

　　final在Java中并不常用，然而它却为我们提供了诸如在C语言中定义常量的功能，不仅如此，final还可以让你控制你的成员、方法或者是一个类是否可被覆写或继承等功能，这些特点使final在Java中拥有了一个不可或缺的地位，也是学习Java时必须要知道和掌握的关键字之一。

final成员

　　当你在类中定义变量时，在其前面加上final关键字，那便是说，这个变量一旦被初始化便不可改变，这里不可改变的意思对基本类型来说是其值不可变，而对于对象变量来说其引用不可再变。其初始化可以在两个地方，一是其定义处，也就是说在final变量定义时直接给其赋值，二是在构造函数中。这两个地方只能选其一，要么在定义时给值，要么在构造函数中给值，不能同时既在定义时给了值，又在构造函数中给另外的值。下面这段代码演示了这一点：

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
public class Bat{
    final PI=3.14;          //在定义时便给址值
    final int i;            //因为要在构造函数中进行初始化，所以此处便不可再给值
    final List list;        //此变量也与上面的一样
    Bat(){
        i=100;
        list=new LinkedList();
    }
    Bat(int ii,List l){
        i=ii;
        list=l;
    }
    public static void main(String[] args){
        Bat b=new Bat();
        b.list.add(new Bat());
        //b.i=25;
        //b.list=new ArrayList();
        System.out.println("I="+b.i+" List Type:"+b.list.getClass());
        b=new Bat(23,new ArrayList());
        b.list.add(new Bat());
        System.out.println("I="+b.i+" List Type:"+b.list.getClass());
    }
}

　　此程序很简单的演示了final的常规用法。在这里使用在构造函数中进行初始化的方法，这使你有了一点灵活性。如Bat的两个重载构造函数所示，第一个缺省构造函数会为你提供默认的值，重载的那个构造函数会根据你所提供的值或类型为final变量初始化。然而有时你并不需要这种灵活性，你只需要在定义时便给定其值并永不变化，这时就不要再用这种方法。在main方法中有两行语句注释掉了，如果你去掉注释，程序便无法通过编译，这便是说，不论是i的值或是list的类型，一旦初始化，确实无法再更改。然而b可以通过重新初始化来指定i的值或list的类型，输出结果中显示了这一点：

I=100 List Type:class java.util.LinkedList
I=23 List Type:class java.util.ArrayList

　　还有一种用法是定义方法中的参数为final，对于基本类型的变量，这样做并没有什么实际意义，因为基本类型的变量在调用方法时是传值的，也就是说你可以在方法中更改这个参数变量而不会影响到调用语句，然而对于对象变量，却显得很实用，因为对象变量在传递时是传递其引用，这样你在方法中对对象变量的修改也会影响到调用语句中的对象变量，当你在方法中不需要改变作为参数的对象变量时，明确使用final进行声明，会防止你无意的修改而影响到调用方法。
另外方法中的内部类在用到方法中的参变量时，此参变也必须声明为final才可使用，如下代码所示：

public class INClass{
   void innerClass(final String str){
        class IClass{
            IClass(){
                System.out.println(str);
            }
        }
        IClass ic=new IClass();
    }
public static void main(String[] args){
      INClass inc=new INClass();
      inc.innerClass("Hello");
}
}

final方法

　　将方法声明为final，那就说明你已经知道这个方法提供的功能已经满足你要求，不需要进行扩展，并且也不允许任何从此类继承的类来覆写这个方法，但是继承仍然可以继承这个方法，也就是说可以直接使用。另外有一种被称为inline的机制，它会使你在调用final方法时，直接将方法主体插入到调用处，而不是进行例行的方法调用，例如保存断点，压栈等，这样可能会使你的程序效率有所提高，然而当你的方法主体非常庞大时，或你在多处调用此方法，那么你的调用主体代码便会迅速膨胀，可能反而会影响效率，所以你要慎用final进行方法定义。

final类

　　当你将final用于类身上时，你就需要仔细考虑，因为一个final类是无法被任何人继承的，那也就意味着此类在一个继承树中是一个叶子类，并且此类的设计已被认为很完美而不需要进行修改或扩展。对于final类中的成员，你可以定义其为final，也可以不是final。而对于方法，由于所属类为final的关系，自然也就成了final型的。你也可以明确的给final类中的方法加上一个final，但这显然没有意义。

　　下面的程序演示了final方法和final类的用法：

final class final{
    final String str="final Data";
    public String str1="non final data";
    final public void print(){
        System.out.println("final method.");
    }
    public void what(){
        System.out.println(str+"\n"+str1);
    }
}
public class FinalDemo {    //extends final 无法继承
    public static void main(String[] args){
        final f=new final();
        f.what();
        f.print();
    }
}

　　从程序中可以看出，final类与普通类的使用几乎没有差别，只是它失去了被继承的特性。final方法与非final方法的区别也很难从程序行看出，只是记住慎用。

final在设计模式中的应用

　　在设计模式中有一种模式叫做不变模式，在Java中通过final关键字可以很容易的实现这个模式，在讲解final成员时用到的程序Bat.java就是一个不变模式的例子。如果你对此感兴趣，可以参考阎宏博士编写的《Java与模式》一书中的讲解。

　　到此为止，this,static,supert和final的使用已经说完了，如果你对这四个关键字已经能够大致说出它们的区别与用法，那便说明你基本已经掌握。然而，世界上的任何东西都不是完美无缺的，Java提供这四个关键字，给程序员的编程带来了很大的便利，但并不是说要让你到处使用，一旦达到滥用的程序，便适得其反，所以在使用时请一定要认真考虑。