静态字段与静态方法
之前我们都定义的 main 方法都被标记了 static 修饰符,那到底是什么意思?下面我们来看看
静态字段
如果将一个字段定义为 static ,每个类只有一个这样的字段。而对于非静态的实例字段,每个对象都有自己的一个副本。例如,假设需要给每一个员工赋予唯一的标识码。这里给 Employee 类添加一个实例字段id和一个静态字段 nextId :
class Employee {
// 定义静态字段nextId
private static int nextId = 1;
private int id;
}
现在,每一个 Employee 对象都有一个自己的id字段,但这个类的所有实例将共享一个 nextId 字段。换句话说,如果有1000个 Employee 类对象,则有1000个实例字段id,分别对应每一个对象。但是,只有一个静态字段 nextId 。即使没有 Employee 对象,静态字段 nextId 也存在。它属与类,而不属于任何单个的对象。
下面实现一个简单的方法:
public void setId() {
id = nextId;
nextId++;
}
假定为harry设置员工标识码:
harry.setId();
harry的id字段被设置为静态字段 nextId 当前的值,并且静态字段 nextId 的值加1:
harry.id = Employee.nextId;
Employee.nextId++
静态常量
静态变量使用的比较少,但静态常量却很常用。例如,在Math类中定义一个静态常量:
public class Math {
...
public static final double PI = 3.14159265358979323846;
...
}
在程序中,可以用 Math.PI 来访问这个常量。
如果省略关键字 static , PI 就变成了 Math 类的一个实例字段。也就是说,需要通过 Math 类的一个对象来访问 PI ,并且每一个 Math 对象都有它自己的一个 PI 副本。
你已经多次使用的另一个静态常量是 System.out 。它在 System 类中声明如下:
public class System {
...
public static final PrintStream out = ...;
...
}
前面曾经多次提到过,由于每个类对象都可以修改公共字段,所以,最好不要有公共字段。然而,公共常量(即final字段)却没问题。因为 out 被声明为 final ,所以,不允许再将它重新赋值为另一个打印流:
System.out = new PrintStream(...); // ERROR -- out is final
静态方法
静态方法是不在对象上执行的方法。例如, Math 类的 pow 方法就是一个静态方法。表达式 Math.pow(x, a) 会计算幂x的a次方。在完成运算时,它并不使用任何 Math 对象。换句话说,它没有隐式参数。
可以认为静态方法是没有 this 参数的方法(在一个非静态的方法中, this 参数指示这个方法的隐式参数)
Employee 类的静态方法不能访问id实例字段,因为它不能在对象上执行操作。但是,静态方法可以访问静态字段。下面是这样一个静态方法的示例:
public static int getNextId() {
return nextId; // returns static field
}
可以提供类名来调用这个方法:
int n = Employee.getNextId();
这个方法可以省略关键字 static 吗?答案是肯定的。但是,这样一来,你就需要通过 Employee 类对象的引用来调用这个方法。
注意:可以使用对象调用静态方法,这是合法的。例如,如果harry是一个 Employee 对象,可以用 harry.getNextId() 代替 Employee.getNextId() 。不过,这种写法很容易造成混淆,其原因是 getNextId 方法计算的结果与 harry 毫无关系。我们建议使用类名而不是对象来调用静态方法。
在下面两种情况下可以使用静态方法:
- 方法不需要访问对象状态,因为它需要的所有参数都通过显式参数提供(例如:Math.pow)
- 方法只需要访问类的静态字段(例如:Employee.getNextId)。
工厂方法
静态方法还有另外一种常见的用途。类似 LocalDate 和 NumberFormat 的类使用静态工厂方法来构造对象。我们之前使用过工厂方法 LocalDate.now 和 LocalDate.of 。 NumberFormat 类如下生成不同风格的格式化对象:
NumberFormat currencyFormatter = NumberFormat.getCurrencyInstance();
NumberFormat percentFormatter = NumberFormat.getPercentInstance();
double x = 0.1;
System.out.println(currencyFormatter.format(x)); // prints $0.10
System.out.printIn(percentFormatter.format(x)); // prints 10%
为什么 NumberFormat 类不利用构造器完成这些操作呢?这主要有两个原因:
- 无法命名构造器。构造器的名字必须与类名相同。但是,这里希望有两个不同的名字,分别得到货币实例和百分比实例。
- 使用构造器时,无法改变所构造对象的类型。而工厂方法实际上将返回 DecimalFormat 类的对象,这是 NumberFormat 的一个子类。
main方法
需要注意,可以调用静态方法而不需要任何对象。例如,不需要构造 Math 类的任何对象就可以调用 Math.pow
同理, main 方法也是一个静态方法。
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// construct objects here
...
}
}
main 方法不对任何对象进行操作。事实上,在启动程序时还没有任何对象。静态的 main 方法将执行并构造程序所需要的对象。
提示:每一个类可以由一个 main 方法。这是常用于对类进行单元测试的一个技巧
例子
接下来我们创建 Employee 类,其中有一个静态字段 nextId 和一个静态方法 getNextId 。这里将三个 Employee 对象填入一个数组,然后打印员工信息。最后,打印出下一个可用的员工标识码来展示静态方法。
// 文件StaticTest.java
public class StaticTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("1111");
Employee[] staff = new Employee[3];
staff[0] = new Employee("Tom", 40000);
staff[1] = new Employee("Dick", 60000);
staff[2] = new Employee("Harry", 65000);
for (Employee e: staff) {
e.setId();
System.out.println("name=" + e.getName() + ", id=" + e.getId() + ", salary=" + e.getSalary());
}
int n = Employee.getNextId();
System.out.println("Next available id=" + n);
}
}
class Employee {
// 静态字段nextId
private static int nextId = 1;
private String name;
private double salary;
private int id;
// 构造器
public Employee(String n, double s) {
name = n;
salary = s;
id = 0;
}
public String getName() {
return name;
}
public double getSalary() {
return salary;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId() {
id = nextId;
nextId++;
}
// 设置静态方法,静态方法中能调用静态字段
public static int getNextId() {
return nextId;
}
public static void main(String[] args) {
Employee e = new Employee("Harry", 5000);
System.out.println(e.getName() + " " + e.getSalary());
}
}
这里我们定义了2个类 StaticTest 和 Employee ,这两个类分别有一个 main 函数
执行命令以下命令
java Employee
结果如下:
Harry 5000.0
当我们执行
java StaticTest
结果如下:
name=Tom, id=1, salary=40000.0
name=Dick, id=2, salary=60000.0
name=Harry, id=3, salary=65000.0
Next available id=4
两者会分别执行各自的 main 方法