Объектная модель в Java

Статические элементы

До этого момента под полями объекта мы всегда понимали значения, которые имеют смысл только в контексте некоторого экземпляра класса. Например:

class Human {
   private String name;
}

Прежде, чем обратиться к полю name, необходимо получить ссылку на экземпляр класса Human, невозможно узнать имя вообще, оно всегда принадлежит какому-то конкретному человеку.

Но бывают данные и иного характера. Предположим, необходимо хранить количество всех людей (экземпляров класса Human, существующих в системе). Понятно, что общее число людей не является характеристикой какого-то одного человека, оно относится ко всему типу в целом. Отсюда появляется название "поле класса", в отличие от "поля объекта". Объявляются такие поля с помощью модификатора static:

class Human {
   public static int totalCount;
}

Чтобы обратиться к такому полю, ссылка на объект не требуется, вполне достаточно имени класса:

Human.totalCount++;   
   // рождение еще одного человека

Для удобства разрешено обращаться к статическим полям и через ссылки:

Human h = new Human();
h.totalCount=100;

Однако такое обращение конвертируется компилятором. Он использует тип ссылки, в данном случае переменная h объявлена как Human, поэтому последняя строка будет неявно преобразована в:

Human.totalCount=100;

В этом можно убедиться на следующем примере:

Human h = null;
h.totalCount+=10;

Значение ссылки равно null, но это не имеет значения в силу описанной конвертации. Данный код успешно скомпилируется и корректно исполнится. Таким образом, в следующем примере

Human h1 = new Human(), h2 = new Human();
Human.totalCount=5;
h1.totalCount++;
System.out.println(h2.totalCount);

все обращения к переменной totalCount приводят к одному единственному полю, и результатом работы такой программы будет 6. Это поле будет существовать в единственном экземпляре независимо от того, сколько объектов было порождено от данного класса, и был ли вообще создан хоть один объект.

Аналогично объявляются статические методы.

class Human {
   private static int totalCount;

   public static int getTotalCount() {
      return totalCount;
   }
}

Для вызова статического метода ссылки на объект не требуется.

Human.getTotalCount();

Хотя для удобства обращения через ссылку разрешены, но принимается во внимание только тип ссылки:

Human h=null;
h.getTotalCount();      // два эквивалентных 
Human.getTotalCount();  // обращения к одному 
                        // и тому же методу

Хотя приведенный пример технически корректен, все же использование ссылки на объект для обращения к статическим полям и методам не рекомендуется, поскольку это усложняет код.

Обращение к статическому полю является корректным независимо от того, были ли порождены объекты от этого класса и в каком количестве. Например, стартовый метод main() запускается до того, как программа создаст хотя бы один объект.

Кроме полей и методов, статическими могут быть инициализаторы. Они также называются инициализаторами класса, в отличие от инициализаторов объекта, рассматривавшихся ранее. Их код выполняется один раз во время загрузки класса в память виртуальной машины. Их запись начинается с модификатора static:

class Human {
   static {
      System.out.println("Class loaded");
   }
}

Если объявление статического поля совмещается с его инициализацией, то поле инициализируется также однократно при загрузке класса. На объявление и применение статических полей накладываются те же ограничения, что и для динамических,– нельзя использовать поле в инициализаторах других полей или в инициализаторах класса до того, как это поле объявлено:

class Test {
   static int a;
   static {
      a=5;
      // b=7;   // Нельзя использовать до 
                // объявления!
   }
   static int b=a;
}

Это правило распространяется только на обращения к полям по простому имени. Если использовать составное имя, то обращаться к полю можно будет раньше (выше в тексте программы), чем оно будет объявлено:

class Test {
   static int b=Test.a;
   static int a=3;
   static {
      System.out.println("a="+a+", b="+b);
   }
}

Если класс будет загружен в систему, на консоли появится текст:

a=3, b=0

Видно, что поле b при инициализации получило значение по умолчанию поля a, т.е. 0. Затем полю a было присвоено значение 3.

Статические поля также могут быть объявлены как final, это означает, что они должны быть проинициализированы строго один раз и затем уже больше не менять своего значения. Аналогично, статические методы могут быть объявлены как final, а это означает, что их нельзя перекрывать в классах-наследниках.

Для инициализации статических полей можно пользоваться статическими методами и нельзя обращаться к динамическим. Вводят специальные понятия – статический и динамический контексты. К статическому контексту относят статические методы, статические инициализаторы, инициализаторы статических полей. Все остальные части кода имеют динамический контекст.

При выполнении кода в динамическом контексте всегда есть объект, с которым идет работа в данный момент. Например, для динамического метода это объект, у которого он был вызван, и так далее.

Напротив, со статическим контекстом ассоциированных объектов нет. Например, как уже указывалось, стартовый метод main() вызывается в тот момент, когда ни один объект еще не создан. При обращении к статическому методу, например, MyClass.staticMethod(), также может не быть ни одного экземпляра MyClass. Обращаться к статическим методам класса Math можно, а создавать его экземпляры нельзя.

А раз нет ассоциированных объектов, то и пользоваться динамическими конструкциями нельзя. Можно только ссылаться на статические поля и вызывать статические методы. Либо обращаться к объектам через ссылки на них, полученные в результате вызова конструктора или в качестве аргумента метода и т.п.

class Test {
   public void process() {
   }
   public static void main(String s[]) {
      // process(); - ошибка! 
      // у какого объекта его вызывать?

      Test test = new Test();
      test.process(); // так правильно
   }
}