Java中static、this、super、final用法簡談

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• 三、final

本篇旨在協助準備學習Java以及剛接觸Java的朋友認識、掌握和使用static、this、super、final這幾個關鍵字的使用。Java博大精深，我也是一位正在學習和使用Java的愛好者，文中難免有不妥之處，歡迎指正。

一、static
    請先看下面這段程式：
  public class Hello{
    public static void main(String[] args){ //(1)
      System.out.println("Hello,world!");   //(2)
    }
  }

看過這段程式，對於大多數學過Java 的從來說，都不陌生。即使沒有學過Java，而學過其它的進階語言，例如C，那你也應該能看懂這段代碼的意思。它只是簡單的輸出“Hello,world”，一點別的用處都沒有，然而，它卻展示了static關鍵字的主要用法。 
在1處，我們定義了一個靜態方法名為main，這就意味著告訴Java編譯器，我這個方法不需要建立一個此類的對象即可使用。你還得你是怎麼運行這個程式嗎？一般，我們都是在命令列下，打入如下的命令(加底線為手動輸入)：
javac Hello.java
java Hello
Hello,world!
這就是你啟動並執行過程，第一行用來編譯Hello.java這個檔案，執行完後，如果你查看當前，會發現多了一個Hello.class檔案，那就是第一行產生的Java二進位位元組碼。第二行就是執行一個Java程式的最普遍做法。執行結果如你所料。在2中，你可能會想，為什麼要這樣才能輸出。好，我們來分解一下這條語句。（如果沒有安裝Java文檔，請到Sun的官方網站瀏覽J2SE API）首先，System是位於java.lang包中的一個核心類，如果你查看它的定義，你會發現有這樣一行：public static final PrintStream out;接著在進一步，點擊PrintStream這個超連結，在METHOD頁面，你會看到大量定義的方法，尋找println，會有這樣一行：
public void println(String x)。好了，現在你應該明白為什麼我們要那樣調用了，out是System的一個靜態變數，所以可以直接使用，而out所屬的類有一個println方法。

靜態方法
通常，在一個類中定義一個方法為static，那就是說，無需本類的對象即可調用此方法。如下所示：
class Simple{
   static void go(){
     System.out.println("Go...");
   }
}
public class Cal{
  public static void main(String[] args){
    Simple.go();
  }
}

調用一個靜態方法就是“類名.方法名”,靜態方法的使用很簡單如上所示。一般來說，靜態方法常常為應用程式中的其它類提供一些工具 + 生產力所用，在Java的類庫中大量的靜態方法正是出於此目的而定義的。
靜態變數
靜態變數與靜態方法類似。所有此類執行個體共用此靜態變數，也就是說在類裝載時，只分配一Block Storage空間，所有此類的對象都可以操控此Block Storage空間，當然對於final則另當別論了。看下面這段代碼：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);  
  }
}
結果如下：
v1.c=0  v2.c=0
v1.c=1  v2.c=1
由此可以證明它們共用一Block Storage區。static變數有點類似於C中的全域變數的概念。值得探討的是靜態變數的初始化問題。我們修改上面的程式：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);
  }
}

運行結果如下：
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
這個程式展示了靜態初始化的各種特性。如果你初次接觸Java，結果可能令你吃驚。可能會對static後加大括弧感到困惑。首先要告訴你的是，static定義的變數會優先於任何其它非static變數，不論其出現的順序如何。正如在程式中所表現的，雖然v出現在v1和v2的前面，但是結果卻是v1和v2的初始化在v的前面。在static{後面跟著一段代碼，這是用來進行顯式的靜態變數初始化，這段代碼只會初始化一次，且在類被第一次裝載時。如果你能讀懂並理解這段代碼，會協助你對static關鍵字的認識。在涉及到繼承的時候，會先初始化父類的static變數，然後是子類的，依次類推。非靜態變數不是本文的主題，在此不做詳細討論，請參考Think in Java中的講解。
靜態類
通常一個普通類不允許聲明為靜態，只有一個內部類才可以。這時這個聲明為靜態內部類可以直接作為一個普通類來使用，而不需執行個體一個外部類。如下代碼所示：
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");
    }
   }
}

輸出結果會如你所料：
InnerCls
和普通類一樣。內部類的其它用法請參閱Think in Java中的相關章節，此處不作詳解。
二、this & super
    在上一篇拙作中，我們討論了static的種種用法，通過用static來定義方法或成員，為我們編程提供了某種便利，從某種程度上可以說它類似於C語言中的全域函數和全域變數。但是，並不是說有了這種便利，你便可以隨處使用，如果那樣的話，你便需要認真考慮一下自己是否在用物件導向的思想編程，自己的程式是否是物件導向的。好了，現在開始討論this&super這兩個關鍵字的意義和用法。
在Java中，this通常指當前對象，super則指父類的。當你想要引用當前對象的某種東西，比如當前對象的某個方法，或當前對象的某個成員，你便可以利用this來實現這個目的，當然，this的另一個用途是調用當前對象的另一個建構函式，這些馬上就要討論。如果你想引用父類的某種東西，則非super莫屬。由於this與super有如此相似的一些特性和與生俱來的某種關係，所以我們在這一塊兒來討論，希望能協助你區分和掌握它們兩個。
在一般方法中
最普遍的情況就是，在你的方法中的某個形參名與當前對象的某個成員有相同的名字，這時為了不至於混淆，你便需要明確使用this關鍵字來指明你要使用某個成員，使用方法是“this.成員名”，而不帶this的那個便是形參。另外，還可以用“this.方法名”來引用當前對象的某個方法，但這時this就不是必須的了，你可以直接用方法名來訪問那個方法，編譯器會知道你要調用的是那一個。下面的代碼示範了上面的用法：
public class DemoThis{
  private String name;
  private int age;
  DemoThis(String name,int age){
    setName(name); //你可以加上this來調用方法，像這樣：this.setName(name);但這並不是必須的
    setAge(age);
    this.print();
  }   
  public void setName(String name){
    this.name=name;//此處必須指明你要引用成員變數
  }
  public void setAge(int age){
    this.age=age;
  }
  public void print(){
    System.out.println("Name="+name+" Age="+age);//在此行中並不需要用this，因為沒有會導致混淆的東西
  }
  public static void main(String[] args){
    DemoThis dt=new DemoThis("Kevin","22");
  }
}

這段代碼很簡單，不用解釋你也應該能看明白。在建構函式中你看到用this.print(),你完全可以用print()來代替它，兩者效果一樣。下面我們修改這個程式，來示範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，重新定義的print方法覆寫了父類的print方法，它首先做一些自己的事情，然後調用父類的那個被覆寫了的方法。輸出結果說明了這一點：
DemoSuper:
Name=kevin Age=22
這樣的使用方法是比較常用的。另外如果父類的成員可以被子類訪問，那你可以像使用this一樣使用它，用“super.父類中的成員名”的方式，但常常你並不是這樣來訪問父類中的成員名的。
在建構函式中
建構函式是一種特殊的方法，在對象初始化的時候自動調用。在建構函式中，this和super也有上面說的種種使用方式，並且它還有特殊的地方，請看下面的例子：
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();  //調用父類建構函式（1）
    prt("A chinese.");//(4)
  }
  Chinese(String name){
    super(name);//調用父類具有相同形參的建構函式（2）
    prt("his name is:"+name);
  }
  Chinese(String name,int age){
    this(name);//調用當前具有相同形參的建構函式（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);
  }
}

在這段程式中，this和super不再是像以前那樣用“.”串連一個方法或成員，而是直接在其後跟上適當的參數，因此它的意義也就有了變化。super後加參數的是用來調用父類中具有相同形式的建構函式，如1和2處。this後加參數則調用的是當前具有相同參數的建構函式，如3處。當然，在Chinese的各個重載建構函式中，this和super在一般方法中的各種用法也仍可使用，比如4處，你可以將它替換為“this.prt”(因為它繼承了父類中的那個方法）或者是“super.prt”（因為它是父類中的方法且可被子類訪問），它照樣可以正確運行。但這樣似乎就有點畫蛇添足的味道了。
最後，寫了這麼多，如果你能對“this通常指代當前對象，super通常指代父類”這句話牢記在心，那麼本篇便達到了目的，其它的你自會在以後的編程實踐當中慢慢體會、掌握。另外關於本篇中提到的繼承，請參閱相關Java教程。
三、final

final在Java中並不常用，然而它卻為我們提供了諸如在C語言中定義常量的功能，不僅如此，final還可以讓你控制你的成員、方法或者是一個類是否可被覆寫或繼承等功能，這些特點使final在Java中擁有了一個不可或缺的地位，也是學習Java時必須要知道和掌握的關鍵字之一。
final成員
當你在類中定義變數時，在其前面加上final關鍵字，那便是說，這個變數一旦被初始化便不可改變，這裡不可改變的意思對基本類型來說是其值不可變，而對於物件變數來說其引用不可再變。其初始化可以在兩個地方，一是其定義處，也就是說在final變數定義時直接給其賦值，二是在建構函式中。這兩個地方只能選其一，要麼在定義時給值，要麼在建構函式中給值，不能同時既在定義時給了值，又在建構函式中給另外的值。下面這段代碼示範了這一點：
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
public class Bat{
    final PI=3.14;          //在定義時便給址值
    final int i;            //因為要在建構函式中進行初始化，所以此處便不可再給值
    final List list;        //此變數也與上面的一樣
    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());
    }
}

此程式很簡單的示範了final的常規用法。在這裡使用在建構函式中進行初始化的方法，這使你有了一點靈活性。如Bat的兩個重載建構函式所示，第一個預設建構函式會為你提供預設的值，重載的那個建構函式會根據你所提供的值或類型為final變數初始化。然而有時你並不需要這種靈活性，你只需要在定義時便給定其值並永不變化，這時就不要再用這種方法。在main方法中有兩行語句注釋掉了，如果你去掉注釋，程式便無法通過編譯，這便是說，不論是i的值或是list的類型，一旦初始化，確實無法再更改。然而b可以通過重新初始化來指定i的值或list的類型，輸出結果中顯示了這一點：
I=100 List Type:class java.util.LinkedList
I=23 List Type:class java.util.ArrayList
還有一種用法是定義方法中的參數為final，對於基本類型的變數，這樣做並沒有什麼實際意義，因為基本類型的變數在調用方法時是傳值的，也就是說你可以在方法中更改這個參數變數而不會影響到調用語句，然而對於物件變數，卻顯得很實用，因為物件變數在傳遞時是傳遞其引用，這樣你在方法中對物件變數的修改也會影響到調用語句中的物件變數，當你在方法中不需要改變作為參數的物件變數時，明確使用final進行聲明，會防止你無意的修改而影響到調用方法。
另外方法中的內部類在用到方法中的參變數時，此參變也必須聲明為final才可使用，如下代碼所示：
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
將方法聲明為final，那就說明你已經知道這個方法提供的功能已經滿足你要求，不需要進行擴充，並且也不允許任何從此類繼承的類來覆寫這個方法，但是繼承仍然可以繼承這個方法，也就是說可以直接使用。另外有一種被稱為inline的機制，它會使你在調用final方法時，直接將方法主體插入到調用處，而不是進行例行的方法調用，例如儲存斷點，壓棧等，這樣可能會使你的程式效率有所提高，然而當你的方法主體非常龐大時，或你在多處調用此方法，那麼你的調用主體代碼便會迅速膨脹，可能反而會影響效率，所以你要慎用final進行方法定義。

final類
當你將final用於類身上時，你就需要仔細考慮，因為一個final類是無法被任何人繼承的，那也就意味著此類在一個繼承樹中是一個葉子類，並且此類的設計已被認為很完美而不需要進行修改或擴充。對於final類中的成員，你可以定義其為final，也可以不是final。而對於方法，由於所屬類為final的關係，自然也就成了final型的。你也可以明確的給final類中的方法加上一個final，但這顯然沒有意義。
下面的程式示範了final方法和final類的用法：
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 無法繼承 
    public static void main(String[] args){
        final f=new final();
        f.what();
        f.print();
    }
}

從程式中可以看出，final類與普通類的使用幾乎沒有差別，只是它失去了被繼承的特性。final方法與非final方法的區別也很難從程式行看出，只是記住慎用。
final在設計模式中的應用
在設計模式中有一種模式叫做不變模式，在Java中通過final關鍵字可以很容易的實現這個模式，在講解final成員時用到的程式Bat.java就是一個不變模式的例子。如果你對此感興趣，可以參考閻宏博士編寫的《Java與模式》一書中的講解。

到此為止，this,static,supert和final的使用已經說完了，如果你對這四個關鍵字已經能夠大致說出它們的區別與用法，那便說明你基本已經掌握。然而，世界上的任何東西都不是完美無缺的，Java提供這四個關鍵字，給程式員的編程帶來了很大的便利，但並不是說要讓你到處使用，一旦達到濫用的程式，便適得其反，所以在使用時請一定要認真考慮。