零基礎學Java（12）靜態字段與靜態方法

• 2022 年 7 月 27 日
• 筆記
• JAVA

靜態字段與靜態方法

  之前我們都定義的main方法都被標記了static修飾符，那到底是什麼意思？下面我們來看看
 

靜態字段

  如果將一個字段定義為static，每個類只有一個這樣的字段。而對於非靜態的實例字段，每個對象都有自己的一個副本。例如，假設需要給每一個員工賦予唯一的標識碼。這裡給Employee類添加一個實例字段id和一個靜態字段nextId：

class Employee {
    // 定義靜態字段nextId
    private static int nextId = 1;
    private int id;
}

  現在，每一個Employee對象都有一個自己的id字段，但這個類的所有實例將共享一個nextId字段。換句話說，如果有1000個Employee類對象，則有1000個實例字段id，分別對應每一個對象。但是，只有一個靜態字段nextId。即使沒有Employee對象，靜態字段nextId也存在。它屬與類，而不屬於任何單個的對象。
  下面實現一個簡單的方法：

public void setId() {
    id = nextId;
    nextId++;
}

  假定為harry設置員工標識碼：

harry.setId();

  harry的id字段被設置為靜態字段nextId當前的值，並且靜態字段nextId的值加1：

harry.id = Employee.nextId;
Employee.nextId++

靜態常量

  靜態變量使用的比較少，但靜態常量卻很常用。例如，在Math類中定義一個靜態常量：

public class Math {
    ...
    public static final double PI = 3.14159265358979323846;
    ...
}

  在程序中，可以用Math.PI來訪問這個常量。
  如果省略關鍵字static，PI就變成了Math類的一個實例字段。也就是說，需要通過Math類的一個對象來訪問PI，並且每一個Math對象都有它自己的一個PI副本。
  你已經多次使用的另一個靜態常量是System.out。它在System類中聲明如下：

public class System {
    ...
    public static final PrintStream out = ...;
    ...
}

  前面曾經多次提到過，由於每個類對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)卻沒問題。因為out被聲明為final，所以，不允許再將它重新賦值為另一個打印流：

System.out = new PrintStream(...);  // ERROR -- out is final

靜態方法

  靜態方法是不在對象上執行的方法。例如，Math類的pow方法就是一個靜態方法。表達式Math.pow(x, a)會計算冪x的a次方。在完成運算時，它並不使用任何Math對象。換句話說，它沒有隱式參數。
  可以認為靜態方法是沒有this參數的方法(在一個非靜態的方法中，this參數指示這個方法的隱式參數)
  Employee類的靜態方法不能訪問id實例字段，因為它不能在對象上執行操作。但是，靜態方法可以訪問靜態字段。下面是這樣一個靜態方法的示例：

public static int getNextId() {
    return nextId;  // returns static field
}

  可以提供類名來調用這個方法：

int n = Employee.getNextId();

  這個方法可以省略關鍵字static嗎？答案是肯定的。但是，這樣一來，你就需要通過Employee類對象的引用來調用這個方法。

注意：可以使用對象調用靜態方法，這是合法的。例如，如果harry是一個Employee對象，可以用harry.getNextId()代替Employee.getNextId()。不過，這種寫法很容易造成混淆，其原因是getNextId方法計算的結果與harry毫無關係。我們建議使用類名而不是對象來調用靜態方法。

在下面兩種情況下可以使用靜態方法：

• 方法不需要訪問對象狀態，因為它需要的所有參數都通過顯式參數提供(例如：Math.pow)
• 方法只需要訪問類的靜態字段(例如：Employee.getNextId)。

工廠方法

  靜態方法還有另外一種常見的用途。類似LocalDate和NumberFormat的類使用靜態工廠方法來構造對象。我們之前使用過工廠方法LocalDate.now和LocalDate.of。NumberFormat類如下生成不同風格的格式化對象：

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%

  為什麼NumberFormat類不利用構造器完成這些操作呢？這主要有兩個原因：

• 無法命名構造器。構造器的名字必須與類名相同。但是，這裡希望有兩個不同的名字，分別得到貨幣實例和百分比實例。
• 使用構造器時，無法改變所構造對象的類型。而工廠方法實際上將返回DecimalFormat類的對象，這是NumberFormat的一個子類。
   

main方法

  需要注意，可以調用靜態方法而不需要任何對象。例如，不需要構造Math類的任何對象就可以調用Math.pow
  同理，main方法也是一個靜態方法。

public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        // construct objects here
        ...
    }
}

  main方法不對任何對象進行操作。事實上，在啟動程序時還沒有任何對象。靜態的main方法將執行並構造程序所需要的對象。

  提示：每一個類可以由一個main方法。這是常用於對類進行單元測試的一個技巧
 

例子

  接下來我們創建Employee類，其中有一個靜態字段nextId和一個靜態方法getNextId。這裡將三個Employee對象填入一個數組，然後打印員工信息。最後，打印出下一個可用的員工標識碼來展示靜態方法。
 

// 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 {
    // 靜態字段nextId
    private static int nextId = 1;
    private String name;
    private double salary;
    private int id;

    // 構造器
    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++;
    }

    // 設置靜態方法，靜態方法中能調用靜態字段
    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());
    }
}

  這裡我們定義了2個類StaticTest和Employee，這兩個類分別有一個main函數
  執行命令以下命令

java Employee

  結果如下：

Harry 5000.0

  當我們執行

java StaticTest

  結果如下：

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

  兩者會分別執行各自的main方法