《編程導論（Java）·2.2.3 變數的聲明模型》

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PL4 聲明模型(綁定、可見度、範圍和生命期)

1. 變數的含義

在程式設計語言的教學中，yqj2065經常困惑：是否應該使用比喻——例如將變數比喻成數學中的變數概念。不知道從哪位老先生開始，有這樣的說法：“不同於常量，變數的值是可以改變的”。如果你是我的學生，也這樣說，嗯，你過來，我保證不打死你。

在組合語言中，程式員就開始使用變數例如AX、BX以表示運算元的存放地址，而該地址中儲存實際的值。變數(variable)表示一個儲存場所，是原始碼中儲存值的符號化地址。

請記住變數和值的區別：變數是儲存場所，是一個杯子或者盒子，age、dog1這些變數(名)是杯子上面印的字，而值是杯子中裝的東西(水、點心或者遙控器)。

從其值是否可變，我寧可說：變數是(其值)可變的變數，而final variable是其值不可變的變數。

所以，懇請老師們、作者們在介紹變數時，不要將它和常量(編程導論中使用“文字”、字面值或常量值這樣的術語——見1.2.3)聯絡在一起。

參考型別的變數稱為引用變數(reference variable) ，如Dog dog1或String name中聲明的dog1和name，它們被分配同樣大小的記憶體空間，一般是32位(與JVM的實現相關)。參考型別的變數儲存的值即引用值，簡稱引用(reference)。【一些簡單的概念問題解決後，就不會出現這樣的困惑：Java中方法的參數是否能夠按引用傳遞。】

2. 變數的綁定

如：privateString name ;

    publicstatic final int X = 123,Y=456;

在前面的2.2.1中，介紹了 1. 變數與類型的綁定。這裡就簡單地介紹變數的 聲明語句(declaration statements )格式。

【變數的命名，除了遵照標識符的通用文法外(如不能夠以數字、*&^標點開頭)，通常採用某種命名風格。過去曾流行過匈牙利命名法，也就是在變數名前加上其資料類型的縮寫，如iAge、fNum等；也有人建議對成員變數全部加m首碼、局部變數加_首碼。】(我在書中喜歡添加這方面的內容)

3. 變數的範圍

變數的範圍(scope)指可以訪問該變數的原始碼地區，或變數在程式中起作用的範圍或區間。這種詞法範圍(lexical scoping)最早在Lisp1.5中引入，後來加入到了Algol語言中。受它們的影響，其他語言都採用了範圍技術。在原始碼中，程式員們都喜歡縮排各個範圍以增強代碼的可讀性。

使用範圍的最基本原因，是因為簡單好用的變數名沒有想象中的那麼多，

有了範圍後，一個程式中可以有很多相同的變數名，它們和平共處——前提是擁有自己的範圍。變數的範圍由變數的聲明語句在原始碼中的位置決定。(許多知識點先列出，後面再詳解)

Java中按照範圍將變數劃分為4種，它們的聲明位置和範圍如下：

3       成員變數/域(member variable)：在類體中聲明，其範圍是整個類。成員變數包括靜態域和執行個體域。對於執行個體域而言，靜態方法或靜態塊是其禁區，它不能夠在靜態環境中被使用。在聲明域時，還可以界定該變數的其他特徵。如存取修飾詞界定其他對象能否訪問該變數；static標識該變數為靜態域；final表示該變數為不可變數；transient變數，在對象序列化時被排除在外；volatile用於指出變數的值可以被不同的線程所修改。執行個體域作為對象的一部分，在建立對象的時候，至少被初始化為預設值，不需要特意地初始化它也可以使用。在類載入時，靜態域被初始化。

3       形參(formal arguments)：在方法或構造器的形參表中聲明，其範圍是方法或構造器的整個方法體。形參是預留位置，無法使用賦值語句對它進行初始化而是依靠實參來賦值。

3       局部變數(local variable)：在方法體或者方法體的某一代碼塊中聲明，其範圍是從賦值開始到隨後遇到的第一個右花括弧即“}”。也可以簡單地說，局部變數範圍從被定義的語句到包圍其定義的最小塊(block)的結束處。程式員必須顯式地使用賦值語句將局部變數初始化，才能夠在後面的代碼中使用它。

3       異常處理參數(exception handler parameters)：它在catch子句中聲明，一般形式為try{}catch(異常類型 異常處理參數){}。當try中出現異常時，JVM將捕獲的異常對象與一系列catch子句的參數類型進行匹配，以找到需要執行的catch塊中的代碼。其他方面與形參相同。

變數與它的值綁定，包括變數初始化、賦值語句和++、--操作符。賦值操作要求類型相容，相容性由編譯器的類型檢查保證。
4. 可見度與變數隱藏不同變數的範圍可以嵌套，外面的範圍包含內部的範圍。與範圍直接相關的問題有兩個：1.哪些位置的代碼可訪問該變數，2.能否用簡單地變數名訪問它。

變數的可見度即可訪問性。通用規則是：變數在其範圍內可訪問，而對於範圍外的程式，盡量使其不可訪問。類的成員變數按照其存取修飾詞的不同具有不同的可見度，但是通常將執行個體變數修飾為private，使得它們在類之外不可見。局部變數(形參、異常處理參數)僅在其範圍中可見，在範圍外不能夠被使用。

總之，變數的可訪問性很直觀。

如果存在兩個同名的變數，使得一個變數暫時不能通過變數名直接存取，稱為變數隱藏(hiding)。Java中關於變數隱藏有幾條規則：

3       父類中聲明的域，不管其存取權限如何或是否被繼承，不管是靜態還是執行個體的，子類將隱藏父類中同名的域，而且兩者的資料類型是否相同也無關緊要。例子見[6.3.2域的繼承和隱藏]。

3       一個類中的域不得同名。

3       不同範圍的局部變數互不影響。因為它們彼此沒有任何關係。

3       一個局部變數(包括形參)的範圍中不允許存在同名的變數，因為Java語言的設計者認為，那樣會使程式產生了混淆。例如整個方法體中，不允許出現與形參同名的局部變數，否則編譯器會報錯。

3       不鼓勵局部變數隱藏欄位。域的範圍是整個類，在局部變數所處的獨立王國中，局部變數能夠隱藏欄位。例如Dog有域int age,在Dog中定義一個方法foo()，其中聲明了局部變數age。

    voidfoo(){

        int age=80;

       System.out.println(age);

       System.out.println(this.age);

    }

使用變數名age直接存取的是局部變數，域被隱藏。但是域仍然存在，可以用this關鍵字訪問它。局部變數隱藏欄位，通常被視為不好的編程風格。

3       鼓勵set方法中形參隱藏欄位。

set方法都帶有參數，一般用於設定域的值。set方法的形參隱藏欄位而且被視為良好的習慣，這樣省去了為等價的變數取不同名字的麻煩。

5. 生命期變數的生命期(lifetime)指在程式執行時可以訪問該變數的時間。因為原始碼決定了程式的運行，故變數的範圍決定了變數生命期。

Java中按照生命期將變數劃分為3種：

3       執行個體域：執行個體成員變數是(該類)對象的一部分，每一個對象都擁有自己的、儲存該執行個體域的記憶體空間。只要對象存在，則對象的執行個體域就存在。new運算式建立對象為對象誕生的時間，並在Java堆中分配記憶體。對象的銷毀時間由記憶體回收行程管理，程式員不需要知道其精確的銷毀時間。邏輯上，對象不被任何引用所指向，就可以認為它被銷毀。

3       靜態域：靜態域屬於類，它在載入類時被建立，只要類存在，則類的靜態域就存在。它由所有對象共用，對象不擁有自己的副本。

3       局部變數(及形參、異常處理參數)：它在某一個局部(方法體或者塊)中聲明，因此每一次執行該聲明(第一次賦值)語句時，就建立局部變數，局部執行完畢則銷毀。局部變數在棧中分配記憶體。

注意，在討論變數的生命期時，不考慮變數是基本類型變數還是引用變數。有人問，基本類型變數和引用變數在哪裡分配空間？這不是一個有效問題。

對變數的記憶體配置不看類型看位置，變數的生命期不看資料類型看位置。總之，對象的空間在堆上，局部變數的空間在棧上。基本類型變數和引用變數都可能分配在stack或heap中，關鍵是看它們聲明的位置——到底是域還是局部變數。

例如class A{inti;String s ="hi";}，i和s作為對象的域，在堆中擁有自己的空間。

而foo(){int i;String s="hi";}中的i和s作為局部變數，在棧上分配空間。

聲明模型界定了語言中宣告身份識別符需要遵循的準則，包括綁定、範圍/範圍、生命期、可見度。本節以變數聲明為例介紹聲明模型。包和類名的聲明參考[第6章封裝]、方法的定義參考[2.3.2 方法同名問題]。

《編程導論（Java）·2.2.3 變數的聲明模型》