Java構造時成員初始化的陷阱

原文：http://cocre.com/?p=1106   酷殼

 

讓我們先來看兩個類：Base和Derived類。注意其中的whenAmISet成員變數，和方法preProcess()

1. public class Base 2. { 3.      Base() { 4.          preProcess(); 5.      } 6.   7.      void preProcess() {} 8. }
01. public class Derived extends Base 02. { 03.     public String whenAmISet = "set when declared" ; 04.   05.     @Override void preProcess() 06.     { 07.         whenAmISet = "set in preProcess()" ; 08.     } 09. }

如果我們構造一個子類執行個體，那麼，whenAmISet 的值會是什麼呢？

 

1. public class Main 2. { 3.     public static void main(String[] args) 4.     { 5.         Derived d = new Derived(); 6.         System.out.println( d.whenAmISet ); 7.     } 8. }

再續繼往下閱讀之前，請先給自己一些時間想一下上面的這段程式的輸出是什嗎？是的，這看起來的確相當簡單，甚至不需要編譯和運行上面的代碼，我們也應該知道其答案，那麼，你覺得你知道答案嗎？你確定你的答案正確嗎？

很多人都會覺得那段程式的輸出應該是“set in preProcess()”，這是因為當子類Derived 的建構函式被調用時，其會隱晦地調用其基類Base的建構函式（通過super()函數），於是基類Base的建構函式會調用preProcess() 函數，因為這個類的執行個體是Derived的，而且在子類Derived中對這個函數使用了override關鍵字，所以，實際上調用到的是：Derived.preProcess()，而這個方法設定了whenAmISet 成員變數的值為：“set in preProcess()”。

當然，上面的結論是錯誤的。如果你編譯並運行這個程式，你會發現，程式實際輸出的是“set when declared ”。怎麼為這樣呢？難道是基類Base 的preProcess() 方法被調用啦？也不是！你可以在基類的preProcess中輸出點什麼看看，你會發現程式運行時，Base.preProcess()並沒有被調用到（不然這對於Java所有的應用程式將會是一個極具災難性的Bug）。

雖然上面的結論是錯誤的，但推導過程是合理的，只是不完整，下面是整個啟動並執行流程：

1. 進入Derived 建構函式。
2. Derived 成員變數的記憶體被分配。
3. Base 建構函式被隱含調用。
4. Base 建構函式調用preProcess()。
5. Derived 的preProcess 設定whenAmISet 值為 “set in preProcess()”。
6. Derived 的成員變數初始化被調用。
7. 執行Derived 建構函式體。

等一等，這怎麼可能？在第6步，Derived 成員的初始化居然在 preProcess() 調用之後？是的，正是這樣，我們不能讓成員變數的聲明和初始化變成一個原子操作，雖然在Java中我們可以把其寫在一起，讓其看上去像是聲明和初始化一體。但這隻是假象，我們的錯誤就在於我們把Java中的聲明和初始化看成了一體 。在C++的世界中，C++並不支援成員變數在聲明的時候進行初始化，其需要你在建構函式中顯式的初始化其成員變數的值，看起來很土，但其實C++用心良苦。

在物件導向的世界中，因為程式以對象的形式出現，導致了我們對程式執行的順序霧裡看花。所以，在物件導向的世界中，程式執行的順序相當的重要 。

下面是對上面各個步驟的逐條解釋。

1. 進入建構函式。
2. 為成員變數分配記憶體。
3. 除非你顯式地調用super()，否則Java 會在子類的建構函式最前面偷偷地插入super() 。
4. 調用父類建構函式。
5. 調用preProcess，因為被子類override，所以調用的是子類的。
6. 於是，初始化發生在了preProcess()之後。這是因為，Java需要保證父類的初始化早於子類的成員初始化，否則，在子類中使用父類的成員變數就會出現問題。
7. 正式執行子類的建構函式（當然這是一個空函數，居然我們沒有聲明）。

你可以查看《Java語言的規格說明書》中的 相關章節 來瞭解更多的Java建立對象時的細節。

 

C++的程式員應該都知道，在C++的世界中在“建構函式中調用虛函數”是不行的，Effective C++ 條款9：Never call virtual functions during construction or destruction，Scott Meyers已經解釋得很詳細了。

在語言設計的時候，“在建構函式中調用虛函數”是個兩難的問題。

1. 如果調用的是父類的函數的話，這個有點違反虛函數的定義。
2. 如果調用的是子類的函數的話，這可能產生問題的：因為在構造子類對象的時候，首先調用父類的建構函式，而這時候如果去調用子類的函數，由於子類還沒有構造完成，子類的成員尚未初始化，這麼做顯然是不安全的。

C++選擇了第一種，而Java選擇了第二種。

• C++類的設計相對比較簡陋，通過虛函數表來實現，缺少類的元資訊。
• 而Java類的則顯得比較完整，有super指標來導航到父類。

最後，需要向大家推薦一本書，Joshua Bloch 和 Neal Gafter 寫的 Java Puzzlers: Traps, Pitfalls, and Corner Cases ，中文版《JAVA解惑 》。

 

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