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Java中的向前引用

編輯:關於JAVA

所謂向前引用,就是在定義類、接口、方法、變量之前使用它們,例如,

class MyClass
{
    void method()
    {
        System.out.println(myvar);
    }
    String myvar = "var value";
}

myvar在method方法後定義,但method方法可以先使用該變量。在很多語言,如C++,是需要提前定義的,而Java已經允許了向前引用。不過在使用向前引用時可能會容易犯一些錯誤。例如,下面的代碼。

class MyClass {
     int method() {return n; }
     int m = method();
     int n = 1;
}

如果簡單地執行下面的代碼,毫無疑問會輸出1.

System.out.println(new MyClass().method());

不過使用下面的代碼輸出變量m,卻得到0。

System.out.println(new MyClass().m);

那麼這是真麼回事呢?

實際上,從java編譯器和runtime的工作原理可以得知。在編譯java源代碼時只是進行了詞法、語法和語義檢測,如果都通過,會生成.class文件。不過這時MyClass中的變量並沒有被初始化,編譯器只是將相應的初始化表達式(method()、1)記錄在.class文件中。

當runtime運行MyClass.class時,首先會進行裝載成員字段,而且這種裝載是按順序執行的。並不會因為java支持向前引用,就首先初始化所有可以初始化的值。首先,runtime會先初始化m字段,這時當然會調用method方法,在method方法中利用向前引用技術使用了n。不過這時的n還沒有進行初始化呢。runtime為了實現向前引用,在進行初始化所有字段之前,還需要將所有的字段添加到符號表中。以便在任何地方(但需要滿足java的調用規則)都可以引用這些字段,不過由於還沒有初始化這些字段,所以這時符號表中所有的字段都使用默認的值。int類型的字段默認值自然是0了。所以在初始化int m = method()時,method方法訪問的n實際上是在進行正式初始化之前已經被添加到符號表中的字段n,而不是後面的int n = 1執行的結果。但將MyClass改成如下的形式,結果就完全不同了。

class MyClass {
    int method() {return n; }
    int n = 1;
    int m = method();
}

現在執行下面的代碼,會輸出1。

System.out.println(new MyClass().m);

究其原因,是引用初始化m時調用method方法,該方法中使用的n已經是初始化完的了,而不是最初放到符號表中的值。

綜合上述,runtime在運行.class文件時,每個作用域(方法、接口、類等帶語言元素都有自己的作用域)的符號表都會被至少訪問兩次,第一次會將所有的字段(這裡只考慮類的初始化)放到符號表中,暫時不考慮初始化只,放到符號表中只是相當於一個索引,好讓其他地方引用該字段時可以找到它們,例如,method方法中引用n時就會到符號表中尋找n,不過這時的n只是int類型的默認值。等到第二次訪問n就是真正初始化n的時候(int n = 1)。這是將符號表中存儲的字段n的值更新為實際的初始化值(1)。所以如果引用n放生在正式初始化n之前,當然輸出的是0。

那麼可能有人會問,先訪問一下n,再訪問m,這時m的值是否為1呢?答案仍然是0。因為在創建MyClass對象時m和n的初始化工作已經完成,它們的值已成事實,除非再次設置,否則不可改變了。

MyClass myClass = new MyClass();
System.out.println(myClass.n);  //  輸出1
System.out.println(myClass.m);  //  仍然輸出0

對於靜態成員,仍然符合這一規則。

class MyClass {
     static int method() {return n; }
     static int m = method();  //  直接訪問m,仍然會輸出0
     static int n = 1;
}
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