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Java向前引用容易出错的地方

所谓向前引用,就是在定义类、接口、方法、变量之前使用它们,例如,

 

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  1. class MyClass
  2. {
  3.     void method()
  4.     {
  5.         System.out.println(myvar);
  6.     }
  7.     String myvar = "var value";
  8. }

 

 

myvar在method方法后定义,但method方法可以先使用该变量。在很多语言,如C++,是需要提前定义的,而Java已经允许了向前引用。不过在使用向前引用时可能会容易犯一些错误。例如,下面的代码。

 

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  1. class MyClass {
  2.      int method() {return n; }
  3.      int m = method();
  4.      int n = 1;
  5. }

如果简单地执行下面的代码,毫无疑问会输出1.

 

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

不过使用下面的代码输出变量m,却得到0.

 

 

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

那么这是真么回事呢?

 

实际上,从java编译器和runtime的工作原理可以得知。在编译java源代码时只是进行了词法、语法和语义检测,如果都通过,会生成.class文件。不过这时MyClass中的变量并没有被初始化,编译器只是将相应的初始化表达式(method()、1)记录在.class文件中。

当runtime运行MyClass.class时,首先会进行装载成员字段,而且这种装载是按顺序执行的。并不会因为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会先初始化m字段,这时当然会调用method方法,在method方法中利用向前引用技术使用了n。不过这时的n还没有进行初始化呢。runtime为了实现向前引用,在进行初始化所有字段之前,还需要将所有的字段添加到符号表中。以便在任何地方(但需要满足java的调用规则)都可以引用这些字段,不过由于还没有初始化这些字段,所以这时符号表中所有的字段都使用默认的值。int类型的字段默认值自然是0了。所以在初始化int m = method()时,method方法访问的n实际上是在进行正式初始化之前已经被添加到符号表中的字段n,而不是后面的int n = 1执行的结果。但将MyClass改成如下的形式,结果就完全不同了。

 

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  1. class MyClass {
  2.     int method() {return n; }
  3.     int n = 1;
  4.     int m = method();
  5. }

 

 

 

现在执行下面的代码,会输出1.

 

 

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

究其原因,是引用初始化m时调用method方法,该方法中使用的n已经是初始化完的了,而不是最初放到符号表中的值。

 

综合上述,runtime在运行.class文件时,每个作用域(方法、接口、类等带语言元素都有自己的作用域)的符号表都会被至少访问两次,第一次会将所有的字段(这里只考虑类的初始化)放到符号表中,暂时不考虑初始化只,放到符号表中只是相当于一个索引,好让其他地方引用该字段时可以找到它们,例如,method方法中引用n时就会到符号表中寻找n,不过这时的n只是int类型的默认值。等到第二次访问n就是真正初始化n的时候(int n = 1)。这是将符号表中存储的字段n的值更新为实际的初始化值(1)。所以如果引用n放生在正式初始化n之前,当然输出的是0。

那么可能有人会问,先访问一下n,再访问m,这时m的值是否为1呢?答案仍然是0。因为在创建MyClass对象时m和n的初始化工作已经完成,它们的值已成事实,除非再次设置,否则不可改变了。

 

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  1. MyClass myClass = new MyClass();
  2. System.out.println(myClass.n);  //  输出1
  3. System.out.println(myClass.m);  //  仍然输出0

对于静态成员,仍然符合这一规则。

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  1. class MyClass {
  2.      static int method() {return n; }
  3.      static int m = method();  //  直接访问m,仍然会输出0
  4.      static int n = 1;
  5. }

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