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Static

2018-06-29
29 June
On June 29, 2018
In Data Structures(数据结构), Design Patterns(设计模式), Language Tips(语言初试)

隐秘而诡异的Java合成方法

Java程序里其实有很多我们看不到的代码,这些代码由Java编译器在编译过程中生成帮助程序更准确地运行。本文就来深入了解一下由编译器加入到Java代码中的方法(Method),特别是合成方法(Synthetic Method)。

合成方法

合成成员(Synthetic Member)在JVM细则里可以找到简单的定义

A class member that does not appear in the source code must be marked using a Synthetic attribute, or else it must have its ACC_SYNTHETIC flag set.

合成成员包含有合成类(Synthetic Class),合成变量(Synthetic Variable),合成方法(Synthetic Method),本文主要讨论合成方法。

合成方法不出现在.java文件中,不过编译之后会在.class里出现,并可以通过以下几个方法发现它们:

  • 在设置断点进行debug时会在方法栈上看到这些由编译器加入的方法
  • 通过反射(Reflection)查找到方法,通过isSyntehtic()方法来判定是否是合成函数
  • 利用一些反编译工具,比如 javap、JD-GUI、jad,查看.class文件可以找到这些方法

对于一般的Java程序而言并没有什么大的问题,只不过是额外的方法调用,代价比较低。但是像Android,它的Dex文件对于Java的方法有一定的约束,就值得去考虑如何避免额外的方法被生成。下边就来介绍一些常见的会出现合成方法的情况让我们有清楚地了解Java的运行机制。

嵌套类和私有成员

先来看一个代码案例,代码中定义了一个顶层类和嵌套类,互相会方法对方的一些private修饰的方法和字段。

[codesyntax lang=”java” lines=”normal”]

public class Outer {

  private int privateField = 21;
  private Inner inner = new Inner();

  private int privateMethod() {
    return inner.privateMethod();
  }

  private void print() {
    inner.print();
  }

  private static int privateStaticMethod() {
    return 7;
  }

  class Inner {
    private int privateMethod() {
      return privateField;
    }

    private void print() {
      System.out.println(Outer.this.privateMethod());
      System.out.println(privateStaticMethod());
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    Outer outer = new Outer();
    outer.print();
  }
}

[/codesyntax]

之前的文章有介绍了Java的修饰访问符的限制范围,类中由private修饰的成员,只能被该类自身所访问,因此嵌套类的私有成员不应该能被外部类访问。另一方面嵌套类虽然在外部类里面,但其实并不属于外部类的一部分,比如编译上边的代码会得到两个.class文件,Inner类被编译成了package可见的独立类。


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2016-05-03
03 May
On May 3, 2016
In Design Patterns(设计模式), Knowledge Base(心得笔库), Language Tips(语言初试), Software Engineering(软件工程)

Java的static关键字

已经看过了万能的final关键字在Java中的不同用法和效果,其实static关键字的的用处也很广泛。它的用法更多涉及到面向对象设计(Object-Oriented Design)的思想,有时更加让人迷惑。许多是否应该使用static关键字的决定也常常基于工作经验中形成的约束和规范。本文就来帮助大家解锁static的正确使用姿势,写出更加清晰的代码。

为了更好的了解Java程序,就需要了解代码被编译后的样子,所以下边会涉及到javac和javap这些指令的使用,不用担心都是比较简单直接的用法。也需要借助一些反编译(decompile)工具来查看.class文件,这里用到的是JD-GUI。

  • 静态变量 Static Variable
  • 静态方法 Static Method
  • 静态块 Static Block
  • 静态嵌套类 Static Nested Class
  • 静态引入 Static Import

Static Variable

静态变量(Static Variable)在Java中只有静态成员变量,不同于C++、PHP等,它不允许在方法内定义局部静态变量。静态成员变量也称为类变量,相对的是对象成员变量。这些变量是属于定义的类,而非某个对象实例,但是该类的所有实例都可分享该变量。

用个简单的例子会比较直观一些:
[codesyntax lang=”java” lines=”normal”]

package com.iderzheng.statickeyword;

public class StaticField {
    public static int sField;
    public int mField;

    public void print() {
        System.out.println(
                String.format("%s{sField: %d, mField: %d}", this, sField, mField)
        );
    }

    public static void main(String[] args) {
        StaticField one = new StaticField();
        StaticField two = new StaticField();

        one.sField = 7;
        one.mField = 7;

        two.sField = 21;
        two.mField = 21;

        one.print();
        two.print();

        StaticField.sField = 49;
        // Error: non-static variable mField cannot be referenced from a static context
        // StaticField.mField = 49;
        one.print();
        two.print();
    }
}

[/codesyntax]

编译运行这段代码得到如下结果:

com.iderzheng.statickeyword.StaticField@34469729{sField: 21, mField: 7}
com.iderzheng.statickeyword.StaticField@6d172f8f{sField: 21, mField: 21}
com.iderzheng.statickeyword.StaticField@34469729{sField: 49, mField: 7}
com.iderzheng.statickeyword.StaticField@6d172f8f{sField: 49, mField: 21}

很清楚的看到变量two对sField的修改影响了one中的sField值。而mField在两个对象中是独立互补影响的。也看到可以用类的名字来引用静态变量,这是提倡调用方法,不应该直接用对象变量来引用静态变量,这样做不明确调用的是静态变量,很容易带来副作用。

Static Final Variable

一般在程序中不常定义静态变量,因为静态变量的可被访问和使用的地方比局部变量和对象变量要多,维护起来更加困难。更多时候是跟final结合起来定义常量,对于无法修改的只读变量,就不用担心维护问题了。

对象变量也可以用final修饰定义为常量,只不过每个对象的常量只属于对象自己,而且每个对象都需要分配内存给这些常量。而属于类的静态变量则只需要一份内存甚至无需存储变量的值。所以如果对象变量在每个对象中都是一致的,那么就可以考虑转为静态常量。转成静态常量也能方便地用类名直接进行访问,省去创建多余的中间对象。

Java编译器对于常量会做优化,在引用它们的地方会将它们的值直接嵌入,这样就不需要内存来长期存储这些值,更不要从内存地址中寻找,所以效率要高很多。

还是做一个简单的例子:

[codesyntax lang=”java” lines=”normal”]

package com.iderzheng.statickeyword;

public class StaticFinalFields {

    static final int CONSTANT_INT = 7;
    static final String CONSTANT_STRING = "iderzheng.com";
    static final int[] CONSTANT_ARRAY = { 7, 21, 31 };

    final String name;
    final int constantInt = 21;
    final boolean constantBoolean;

    {
        constantBoolean = true;
    }

    public StaticFinalFields(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        StaticFinalFields finalFields = new StaticFinalFields("Ider");
        System.out.println(finalFields.name);
        System.out.println(finalFields.constantInt);
        System.out.println(finalFields.constantBoolean);

        System.out.println(CONSTANT_INT);
        System.out.println(CONSTANT_STRING);
        System.out.println(CONSTANT_ARRAY);
    }
}

[/codesyntax]

对于上边的代码,通过javac进行编译后得到StaticFinalFields.class,再讲其通过JD-UI打开,会看到编译后代码的
static-final-inline

[codesyntax lang=”java” lines=”normal”]

package com.iderzheng.statickeyword;

import java.io.PrintStream;

public class StaticFinalFields
{
    static final int CONSTANT_INT = 7;
    static final String CONSTANT_STRING = "iderzheng.com";
    static final int[] CONSTANT_ARRAY = { 7, 21, 31 };
    final String name;
    final int constantInt = 21;

    final boolean constantBoolean = true;

    public StaticFinalFields(String paramString)
    {
        this.name = paramString;
    }

    public static void main(String[] paramArrayOfString) {
        StaticFinalFields localStaticFinalFields = new StaticFinalFields("Ider");
        System.out.println(localStaticFinalFields.name);
        localStaticFinalFields.getClass(); System.out.println(21);
        System.out.println(localStaticFinalFields.constantBoolean);

        System.out.println(7);
        System.out.println("iderzheng.com");
        System.out.println(CONSTANT_ARRAY);
    }
}

[/codesyntax]

从编译后的代码可以看出对于原始类型的变量,在用final进行修饰并内嵌初始化后,使用这些变量的地方就直接用这些值进行了替换。虽然也有非static修饰的对象常量被智能优化后直接内嵌,但是为了代码的维护性,依然应该显示地申明成static。

至于对象变量,它们并非真正意义上的常量,对象的创建后的地址也总会不同,而且对象的内容依然可以被修改,所以这些变量加上static final也无法用其值在使用的地方进行替换。

另外还看到通过block进行初始化的对象变量虽然也是常量,但是因为放入了block,编译器觉得它的初始化比较复杂,所以就没有将其引用直接替换。

直接内嵌常量的可以提高运行的效率,但是也有一些弊端:比如项目A中使用了项目B中的静态常量,成功编译后的A会直接使用那些常量;要是B的常量值被人修改了之后只编译了B而没有重新编译A,那A就不会得到新的值。好在现代的编译器都很智能,可以发现这些依赖关系并正确编译。
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2015-06-30
30 June
On June 30, 2015
In Data Structures(数据结构), Design Patterns(设计模式), Knowledge Base(心得笔库), Mobile Development(移动开发)

Android自定义View中MeasureSpec浅析

Android的API为开发者提供了很多好用的widget和control,但在开发中依然会需要自定义一些额外的控件来满足特定的需求。当自定义的视图比较复杂时,就会跟onMeasure(int, int)、onLayout(boolean, int, int, int, int)、onDraw(android.graphics.Canvas)这些方法打交道。要在新创建自定义视图类里正确重载实现这些方法,就需要对这些方法的作用,参数意义有所了解。

本文就来对onMeasure(int, int)方法涉及到的MeasureSpec来做个简单介绍,讲讲它的值的含义,每个状态量都是在什么情况下形成,又该如何使用这些值。
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2012-10-23
23 October
On October 23, 2012
In Knowledge Base(心得笔库), Language Tips(语言初试)

使用Objective-C的+(void)initialize初始化static变量

在《Objective C类方法load和initialize的区别》一文中,我介绍了Objective-C对待+(void)initialize和+(void)load两个方法在编译和执行时出现的不同。而这些不同也是在使用时应该非常注意的地方。不过文章里面我没有讲这两个方法在Objective-C中究竟有什么实用价值。

其实+(void)initialize可以视为C#,Java中的静态构造函数。有了这个方法,我们就不用像C++自己另找途径来设计静态构造函数了。不过Objective-C中又有一些很不同的地方,因为Objective-C里不能把数据成员限定为static或者const。也就是说,虽然Objective-C可以定义类方法,但是类不能有数据成员。所以也不存在静态数据成员初始化的问题。

不过作为C语言的超集,Objective-C依然可以沿用C的一些特点了定义static的全局变量来作为类静态成员。
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2012-04-10
10 April
On April 10, 2012
In Data Structures(数据结构), Language Tips(语言初试)

C++仿制静态构造函数

在《C++的头文件和实现文件分别写什么》文章中,我对于的C++的数据成员,逐个分析了可以作用在它们上边的限定符都有哪些,以及它们所对应的进行初始化的位置。可以看出这些修饰符其实就是const和static的两种的组合,但是却有不同的效用。

本文,我想讲关于static的问题,《C++的头文件和实现文件分别写什么》已经指出如果数据成员被声明为static,那么它在编译时就必须被初始化。仅含static的则放在类之外,实现文件之中;同时含有的const的则放在类之内,直接跟在数据的定义之后。

在我实际代码编写中碰到的问题是:static成员的初始化比较的复杂,步骤较多,需要调用另一个函数来完成。此时,简单使用赋值语句就不太能完成那些目的了。
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