你真的了解JAVA中對象和類、this、super和static關鍵字嗎

2022 年 7 月 12 日
筆記
Java Why

作者：小牛呼嚕嚕 | //xiaoniuhululu.com
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Java對象究竟是什麼？
創建對象的過程
創建多個對象時，記憶體的變化
無處不在的this和super關鍵字
static關鍵字為何如此特殊
尾語

Java對象究竟是什麼？

對象：對象是類的一個實例，有狀態和行為。

類：類是一個模板，它描述一類對象的行為和狀態。
例如

人是一個類

其狀態有：姓名、性別、身高、體重等

其行為：吃飯、睡覺、聊天、運動等

    public class Person {
        /**
         * 狀態 or 屬性
         */
        String name;//姓名
        String sex;//性別
        int height;//身高
        int weight;//體重
        
        /**
         * 行為
         */
        public void sleep(){
        	System.out.println(this.name+"--"+ "睡覺");
   		}
        public void eat(){
            System.out.println("吃飯");
        }
        public void Dance(){
            System.out.println("跳舞");
        }
    }

對象就是指具體的哪個人，比如”小張” 就是對象，可以通過new 來創建出來

public static void main(String[] args) {
    Person zhang = new Person();
    zhang.name = "小張";
    zhang.sex ="男"；
    zhang.height=180;
    zhang.weight=150;
}

通過上面的例子，我們可以發現面向對象提出一種電腦世界裡解決複雜軟體工程的方法論，拆解問題複雜度，從人類思維角度提出解決問題的步驟和方案。

因為面向過程讓電腦有步驟地順次做一件事情，是一種過程化的敘事思維，簡單明了。但是隨著軟體項目越來越龐大的時候，發現用面向過程語言開發，軟體維護、軟體復用存在著巨大的困難。

創建對象的過程

一般來說，我們創建對象可以通過new來創建一個，比如從上面的例子中這一句：

 Person zhang = new Person();

雖然我們寫的時候是簡單的一句，但是JVM內部的實現過程卻是複雜的：

將硬碟上指定位置的Person.class文件載入進記憶體

執行main方法時，在棧記憶體中開闢了main方法的空間（壓棧-進棧），然後在main方法的棧區分配了一個變數zhang。

執行new，在堆記憶體中開闢一個實體類的空間，分配了一個記憶體首地址值

調用該實體類對應的構造函數，進行初始化（如果沒有構造函數，Java會補上一個默認構造函數）。

將實體類的首地址賦值給zhang，變數zhang就引用了該實體。（指向了該對象）

創建多個對象時，記憶體的變化

當我們new 多個對象時，屬性會另外開闢堆空間存放，而方法只有一份，不會額外消耗記憶體

我們接著來看一個例子：

public static void main(String[] args) {
		Person ming = new Person();
        ming.name = "ming";
        ming.sleep();

        Person wang = new Person();
        wang.name = "wang";
        wang.sleep();
}

運行結果：

ming–睡覺

wang–睡覺

對象ming的屬性在堆記憶體，方法在方法區。當我們在通過Person類來新增一個wang對象時，棧記憶體會有一個對象名稱wang，來指向在堆記憶體中新創建的另一個Person對象，屬性存放在堆記憶體中。我們可以看出對象ming和對象wang 屬性 2者互不影響，相互獨立。

但是對象ming和對象wang的方法區是共用的。那為何2者屬性輸出結果不一樣呢？

其實 方法就像一套指令模板，誰都可以傳入數據交給它執行，然後得到對應執行結果。

但是 JVM是如何確保 ming.sleep(); 返回的結果是小明在睡覺而不是小王在睡覺或者其他情況？

Java的this其實就是解決這個問題的，接下來我慢慢道來。

無處不在的this和super關鍵字

this 表示當前對象的引用，可以理解為指向對象本身的一個”指針”,但是JAVA中是沒有指針這個概念的。

我們知道在C/C++中，指針是指向記憶體中的地址，該地址就是存儲變數的值。該地址所存儲的變數值是"公有"的，此處的”公有”是對於擁有該地址的變數而言。它們隨時都可以訪問該地址的內容，並且可對其進行修改，一經修改則所有指向該地址的變數值也將改變。

c++中也有結構體、對象的概念，但是為什麼他們不像java一樣有”封裝”的概念？

因為在c、c++中指針很強大，可以通過指針直接訪問操作記憶體中的數據。而java沒有指針，這樣封裝就能極大地提升安全性。

雖然java中沒有指針的概念，但this(“指針”)無處不在.

從上面的例子我們可以看出

        public void sleep(){
        	System.out.println(this.name+"--"+ "睡覺");
   		}

ming.sleep()和wang.sleep()語句調用的程式碼是方法區同一個記憶體，但是在JVM運行過程中，可以根據由哪個對象發起對sleep()的調用，方法中所用到的成員變數數據就使用哪個對象的數據。這個本質就像是方法傳參一樣，隱式傳遞this

this表示當前對象的引用：
    this.屬性 區別成員變數和局部變數
    this.() 調用本類的某個方法
    this() 表示調用本類構造方法，只能用在構造方法的第一行語句。
    this關鍵字只能出現在非static修飾的程式碼中

我們來看一個例子：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Nanjing nanjing = new Nanjing();

        Beijing beijing = new Beijing();

    }
}
public class Country {
	String name;
    public Country(){ //構造器
        System.out.println(this.getClass().getName());
    }
}

public class Beijing extends Country{
}

public class Nanjing extends Country{
}

結果：

com.company.Nanjing

com.company.Beijing

子類Nanjing和Beijing 啥都沒幹，但是卻通過父類Country的構造器，得到子類的名字。

當程式執行new Nanjing()語句去實例化子類時,它會去隱式調用父類的構造器，等同於：

public class Nanjing extends Country{
	public Nanjing() {
		super();//顯式 調用父類的構造器
	}
}

這一過程中，會去隱式傳遞this,不然各個子類的名稱不會顯示

我們再來改造一下Nanjing類的程式碼：

public class Nanjing extends Country{
    public Nanjing() {
        System.out.println("nanjing 自定義構造器");
    }
}

結果：

com.company.Nanjing

nanjing 自定義構造器

我們可以看出：如果子類Nanjing自定義構造器，會優先調用父類的構造器，再調用自己的構造器

我們接著來看下 super關鍵字

super 表示自己超（父）類對象的引用,可以理解為是指向自己超（父）類對象的一個指針，而這個超類指的是離自己最近的一個父類。

super表示父類對象：
    super.屬性 表示父類對象中的成員變數
    super.方法()表示父類對象中定義的方法
    super() 表示調用父類構造方法
        可以指定參數，比如super("Nanjin");
        任何一個構造方法的第一行默認是super();
        可以寫上，如果未寫，會隱式調用super();
    super()只能在構造方法的第一行使用。
    this()和super()都只能在構造的第一行出現，所以只能選擇其一。
    寫了this()就不會隱式調用super()。
    super 關鍵字在子類中顯式調用父類中被覆蓋的非靜態成員方法和成員變數

我們來看一個super調用父類方法的例子：

class Father {

  void message() {
    System.out.println("This is Father");
  }

}

class Son extends Father {
  void message() {
    System.out.println("This is son");
  }

  void display() {
    message();
    super.message();
  }

}

class Main {
  public static void main(String args[]) {
    Son s = new Son();
    s.display();
  }

}

結果：

This is son
This is father

可以看出 super和this功能差不多，主要區別：this 指向當前對象，super指向離自己最近的一個父類,就不展開深入說了。

static關鍵字為何如此特殊

Java中static`關鍵字主要用於記憶體管理, 可以用來修飾變數或者方法。

由於JAVA面向對象處處可見，在面向對象的思維下，方法與對象存在一種強耦合，簡單點來說就是方法在沒有對象的情況下無法調用。

static關鍵字就是被設計來解決這個問題的。

我們來看一個例子：

public class Country {
    String name = "china";
    
    public void show() {
        System.out.println(name);
    }

}

public static void main(String[] args) {
        Country c1 = new Country();
        Country c2 = new Country();
        c1.name = "china new";
        c2.show();

    }

結果：

china

如果用static修飾呢：

public class Country {
    static String name = "china";
    
    public void show() {
        System.out.println(name);
    }

}

結果：

china new

我們可以看出：

如果給一個屬性加上static，那麼這個屬性不再屬於某一個對象了，而是是屬於類的，是所有對象共享的，共用同一個static屬性

可以通過類對象名.變數名的方式訪問,比如： Country.name

當程式進行類載入時，靜態方法隨著類載入而載入進JVM中，此時並沒有對象實例化，優先於對象的創建。static屬性在一個單獨的記憶體區，而不是在new出的對象記憶體中

另外一般來說靜態方法不能訪問實例變數，其實是由於Java不會在調用靜態方法時傳遞this，沒有this就沒法處理差異化數據。

非static方法可以調用static方法，但static方法不能調用非static方法

尾語

筆者把Java中對象和類、this、super和static關鍵字都串起來，簡單聊聊這些背後設計的原理，希望對大家有所幫助

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