零基础学Java（12）静态字段与静态方法

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