Java构造时成员初始化的陷阱

让我们先来看两个类:Base和Derived类。注意其中的whenAmISet成员变量,和方法preProcess()

public class Base
{
    Base() {
        preProcess();
    }
 
    void preProcess() {}
}


public class Derived extends Base
{
    public String whenAmISet = "set when declared";
 
    @Override void preProcess()
    {
        whenAmISet = "set in preProcess()";
    }
}


如果我们构造一个子类实例,那么,whenAmISet 的值会是什么呢?


public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Derived d = new Derived();
        System.out.println( d.whenAmISet );
    }
}

再续继往下阅读之前,请先给自己一些时间想一下上面的这段程序的输出是什么?是的,这看起来的确相当简单,甚至不需要编译和运行上面的代码,我们也应该知道其答案,那么,你觉得你知道答案吗?你确定你的答案正确吗?

很多人都会觉得那段程序的输出应该是“set in preProcess()”,这是因为当子类Derived 的构造函数被调用时,其会隐晦地调用其基类Base的构造函数(通过super()函数),于是基类Base的构造函数会调用preProcess() 函数,因为这个类的实例是Derived的,而且在子类Derived中对这个函数使用了override关键字,所以,实际上调用到的是:Derived.preProcess(),而这个方法设置了whenAmISet 成员变量的值为:“set in preProcess()”。

当然,上面的结论是错误的。如果你编译并运行这个程序,你会发现,程序实际输出的是“set when declared ”。怎么为这样呢?难道是基类Base 的preProcess() 方法被调用啦?也不是!你可以在基类的preProcess中输出点什么看看,你会发现程序运行时,Base.preProcess()并没有被调用到(不然这对于Java所有的应用程序将会是一个极具灾难性的Bug)。

虽然上面的结论是错误的,但推导过程是合理的,只是不完整,下面是整个运行的流程:

  1. 进入Derived 构造函数。

  2. Derived 成员变量的内存被分配。

  3. Base 构造函数被隐含调用。

  4. Base 构造函数调用preProcess()。

  5. Derived 的preProcess 设置whenAmISet 值为 “set in preProcess()”。

  6. Derived 的成员变量初始化被调用。

  7. 执行Derived 构造函数体。

等一等,这怎么可能?在第6步,Derived 成员的初始化居然在 preProcess() 调用之后?是的,正是这样,我们不能让成员变量的声明和初始化变成一个原子操作,虽然在Java中我们可以把其写在一起,让其看上去像是声明和初始化一体。但这只是假象,我们的错误就在于我们把Java中的声明和初始化看成了一体在C++的世界中,C++并不支持成员变量在声明的时候进行初始化,其需要你在构造函数中显式的初始化其成员变量的值,看起来很土,但其实C++用心良苦。

在面向对象的世界中,因为程序以对象的形式出现,导致了我们对程序执行的顺序雾里看花。所以,在面向对象的世界中,程序执行的顺序相当的重要

下面是对上面各个步骤的逐条解释。

  1. 进入构造函数。

  2. 为成员变量分配内存。

  3. 除非你显式地调用super(),否则Java 会在子类的构造函数最前面偷偷地插入super() 。

  4. 调用父类构造函数。

  5. 调用preProcess,因为被子类override,所以调用的是子类的。

  6. 于是,初始化发生在了preProcess()之后。这是因为,Java需要保证父类的初始化早于子类的成员初始化,否则,在子类中使用父类的成员变量就会出现问题。

  7. 正式执行子类的构造函数(当然这是一个空函数,虽然我们没有声明)。

你可以查看《Java语言的规格说明书》中的 相关章节 来了解更多的Java创建对象时的细节。

C++的程序员应该都知道,在C++的世界中在“构造函数中调用虚函数”是不行的,Effective C++ 条款9:Never call virtual functions during construction or destruction,Scott Meyers已经解释得很详细了。

在语言设计的时候,“在构造函数中调用虚函数”是个两难的问题。

  1. 如果调用的是父类的函数的话,这个有点违反虚函数的定义。

  2. 如果调用的是子类的函数的话,这可能产生问题的:因为在构造子类对象的时候,首先调用父类的构造函数,而这时候如果去调用子类的函数,由于子类还没有构造完成,子类的成员尚未初始化,这么做显然是不安全的。

C++选择了第一种,而Java选择了第二种。

  • C++类的设计相对比较简陋,通过虚函数表来实现,缺少类的元信息。

  • 而Java类的则显得比较完整,有super指针来导航到父类。

最后,需要向大家推荐一本书,Joshua Bloch 和 Neal Gafter 写的 Java Puzzlers: Traps, Pitfalls, and Corner Cases,中文版《JAVA解惑》。

转自:http://coolshell.cn/articles/1106.html

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