static關鍵字的四種用法

阿新 • • 發佈：2019-01-04

在java的關鍵字中，static和final是兩個我們必須掌握的關鍵字。不同於其他關鍵字，他們都有多種用法，而且在一定環境下使用，可以提高程式的執行效能，優化程式的結構。下面我們先來了解一下static關鍵字及其用法。

static關鍵字

1.修飾成員變數

在我們平時的使用當中，static最常用的功能就是修飾類的屬性和方法，讓他們成為類的成員屬性和方法，我們通常將用static修飾的成員稱為類成員或者靜態成員，這句話挺起來都點奇怪，其實這是相對於物件的屬性和方法來說的。請看下面的例子：（未避免程式太過臃腫，暫時不管訪問控制）

public class Person {
    String name;
     
int age;
    
    public String toString() {
        return "Name:" + name + ", Age:" + age;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age  
= 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:10
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

上面的程式碼我們很熟悉，根據Person構造出的每一個物件都是獨立存在的，儲存有自己獨立的成員變數，相互不會影響，他們在記憶體中的示意如下:

從上圖中可以看出，p1和p2兩個變數引用的物件分別儲存在記憶體中堆區域的不同地址中，所以他們之間相互不會干擾。但其實，在這當中，我們省略了一些重要資訊，相信大家也都會想到，物件的成員屬性都在這了，由每個物件自己儲存，那麼他們的方法呢？實際上，不論一個類建立了幾個物件，他們的方法都是一樣的：

從上面的圖中我們可以看到，兩個Person物件的方法實際上只是指向了同一個方法定義。這個方法定義是位於記憶體中的一塊不變區域（由jvm劃分），我們暫稱它為靜態儲存區。這一塊儲存區不僅存放了方法的定義，實際上從更大的角度而言，它存放的是各種類的定義，當我們通過new來生成物件時，會根據這裡定義的類的定義去建立物件。多個物件僅會對應同一個方法，這裡有一個讓我們充分信服的理由，那就是不管多少的物件，他們的方法總是相同的，儘管最後的輸出會有所不同，但是方法總是會按照我們預想的結果去操作，即不同的物件去呼叫同一個方法，結果會不盡相同。

我們知道，static關鍵字可以修飾成員變數和方法，來讓它們變成類的所屬，而不是物件的所屬，比如我們將Person的age屬性用static進行修飾，結果會是什麼樣呢？請看下面的例子：

public class Person {
    String name;
    static int age;
    
    /* 其餘程式碼不變... */

    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:12
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

我們發現，結果發生了一點變化，在給p2的age屬性賦值時，干擾了p1的age屬性，這是為什麼呢？我們還是來看他們在記憶體中的示意：

我們發現，給age屬性加了static關鍵字之後，Person物件就不再擁有age屬性了，age屬性會統一交給Person類去管理，即多個Person物件只會對應一個age屬性，一個物件如果對age屬性做了改變，其他的物件都會受到影響。我們看到此時的age和toString()方法一樣，都是交由類去管理。

雖然我們看到static可以讓物件共享屬性，但是實際中我們很少這麼用，也不推薦這麼使用。因為這樣會讓該屬性變得難以控制，因為它在任何地方都有可能被改變。如果我們想共享屬性，一般我們會採用其他的辦法：

public class Person {
    private static int count = 0;
    int id;
    String name;
    int age;
    
    public Person() {
        id = ++count;
    }
    
    public String toString() {
        return "Id:" + id + ", Name:" + name + ", Age:" + age;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Id:1, Name:zhangsan, Age:10
     * Id:2, Name:lisi, Age:12
     *///~
}

上面的程式碼起到了給Person的物件建立一個唯一id以及記錄總數的作用，其中count由static修飾，是Person類的成員屬性，每次建立一個Person物件，就會使該屬性自加1然後賦給物件的id屬性，這樣，count屬性記錄了建立Person物件的總數，由於count使用了private修飾，所以從類外面無法隨意改變。

2.修飾成員方法

static的另一個作用，就是修飾成員方法。相比於修飾成員屬性，修飾成員方法對於資料的儲存上面並沒有多大的變化，因為我們從上面可以看出，方法本來就是存放在類的定義當中的。static修飾成員方法最大的作用，就是可以使用"類名.方法名"的方式操作方法，避免了先要new出物件的繁瑣和資源消耗，我們可能會經常在幫助類中看到它的使用：

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        PrintHelper.print("Hello world");
    }
}

上面便是一個例子（現在還不太實用），但是我們可以看到它的作用，使得static修飾的方法成為類的方法，使用時通過“類名.方法名”的方式就可以方便的使用了，相當於定義了一個全域性的函式（只要匯入該類所在的包即可）。不過它也有使用的侷限，一個static修飾的類中，不能使用非static修飾的成員變數和方法，這很好理解，因為static修飾的方法是屬於類的，如果去直接使用物件的成員變數，它會不知所措（不知該使用哪一個物件的屬性）。

3.靜態塊

在說明static關鍵字的第三個用法時，我們有必要重新梳理一下一個物件的初始化過程。以下面的程式碼為例：

package com.dotgua.study;

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成員變數初始化");
    static Book book2 = new Book("static成員book2成員變數初始化");
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成員變數初始化");
    static Book book4 = new Book("static成員book4成員變數初始化");
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成員book2成員變數初始化
     * static成員book4成員變數初始化
     * book1成員變數初始化
     * book3成員變數初始化
     * p1初始化
     *///~
}

上面的例子中，Person類中組合了四個Book成員變數，兩個是普通成員，兩個是static修飾的類成員。我們可以看到，當我們new一個Person物件時，static修飾的成員變數首先被初始化，隨後是普通成員，最後呼叫Person類的構造方法完成初始化。也就是說，在建立物件時，static修飾的成員會首先被初始化，而且我們還可以看到，如果有多個static修飾的成員，那麼會按照他們的先後位置進行初始化。

實際上，static修飾的成員的初始化可以更早的進行，請看下面的例子：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成員變數初始化");
    static Book book2 = new Book("static成員book2成員變數初始化");
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成員變數初始化");
    static Book book4 = new Book("static成員book4成員變數初始化");
    
    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修飾的funStatic方法");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成員book2成員變數初始化
     * static成員book4成員變數初始化
     * static修飾的funStatic方法
     * ***************
     * book1成員變數初始化
     * book3成員變數初始化
     * p1初始化
     *///~
}

在上面的例子中我們可以發現兩個有意思的地方，第一個是當我們沒有建立物件，而是通過類去呼叫類方法時，儘管該方法沒有使用到任何的類成員，類成員還是在方法呼叫之前就初始化了，這說明，當我們第一次去使用一個類時，就會觸發該類的成員初始化。第二個是當我們使用了類方法，完成類的成員的初始化後，再new該類的物件時，static修飾的類成員沒有再次初始化，這說明，static修飾的類成員，在程式執行過程中，只需要初始化一次即可，不會進行多次的初始化。

回顧了物件的初始化以後，我們再來看static的第三個作用就非常簡單了，那就是當我們初始化static修飾的成員時，可以將他們統一放在一個以static開始，用花括號包裹起來的塊狀語句中：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成員變數初始化");
    static Book book2;
    
    static {
        book2 = new Book("static成員book2成員變數初始化");
        book4 = new Book("static成員book4成員變數初始化");
    }
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成員變數初始化");
    static Book book4;
    
    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修飾的funStatic方法");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成員book2成員變數初始化
     * static成員book4成員變數初始化
     * static修飾的funStatic方法
     * ***************
     * book1成員變數初始化
     * book3成員變數初始化
     * p1初始化
     *///~
}

我們將上一個例子稍微做了一下修改，可以看到，結果沒有二致。

4.靜態導包

相比於上面的三種用途，第四種用途可能瞭解的人就比較少了，但是實際上它很簡單，而且在呼叫類方法時會更方便。以上面的“PrintHelper”的例子為例，做一下稍微的變化，即可使用靜態導包帶給我們的方便：

/* PrintHelper.java檔案 */
package com.dotgua.study;

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
}

/* App.java檔案 */

import static com.dotgua.study.PrintHelper.*;

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        print("Hello World!");
    }
    /**Output
     * Hello World!
     *///~
}

上面的程式碼來自於兩個java檔案，其中的PrintHelper很簡單，包含了一個用於列印的static方法。而在App.java檔案中，我們首先將PrintHelper類匯入，這裡在匯入時，我們使用了static關鍵字，而且在引入類的最後還加上了“.*”，它的作用就是將PrintHelper類中的所有類方法直接匯入。不同於非static匯入，採用static匯入包後，在不與當前類的方法名衝突的情況下，無需使用“類名.方法名”的方法去呼叫類方法了，直接可以採用"方法名"去呼叫類方法，就好像是該類自己的方法一樣使用即可。

總結

static是java中非常重要的一個關鍵字，而且它的用法也很豐富，主要有四種用法：

用來修飾成員變數，將其變為類的成員，從而實現所有物件對於該成員的共享；
用來修飾成員方法，將其變為類方法，可以直接使用“類名.方法名”的方式呼叫，常用於工具類；
靜態塊用法，將多個類成員放在一起初始化，使得程式更加規整，其中理解物件的初始化過程非常關鍵；
靜態導包用法，將類的方法直接匯入到當前類中，從而直接使用“方法名”即可呼叫類方法，更加方便。

static關鍵字的四種用法