六、初始化和清理（1）

本章概要

利用构造器保证初始化
方法重载
- 区分重载方法
- 重载与基本类型
- 返回值的重载
- 无参构造器
this 关键字
在构造器中调用构造器
static 的含义

利用构造器保证初始化

"不安全"的编程是造成编程代价昂贵的罪魁祸首之一。有两个安全性问题：初始化和清理。C 语言中很多的 bug 都是因为程序员忘记初始化导致的。尤其是很多类库的使用者不知道如何初始化类库组件，甚至他们必须得去初始化。清理则是另一个特殊的问题，因为当你使用一个元素做完事后就不会去关心这个元素，所以你很容易忘记清理它。这样就造成了元素使用的资源滞留不会被回收，直到程序消耗完所有的资源（特别是内存）。

C++ 引入了构造器的概念，这是一个特殊的方法，每创建一个对象，这个方法就会被自动调用。Java 采用了构造器的概念，另外还使用了垃圾收集器（Garbage Collector, GC）去自动回收不再被使用的对象所占的资源。这一章将讨论初始化和清理的问题，以及在 Java 中对它们的支持。

你可能想为每个类创建一个 initialize() 方法，该方法名暗示着在使用类之前需要先调用它。不幸的是，用户必须得记得去调用它。在 Java 中，类的设计者通过构造器保证每个对象的初始化。如果一个类有构造器，那么 Java 会在用户使用对象之前（即对象刚创建完成）自动调用对象的构造器方法，从而保证初始化。下个挑战是如何命名构造器方法。存在两个问题：第一个是任何命名都可能与类中其他已有元素的命名冲突；第二个是编译器必须始终知道构造器方法名称，从而调用它。C++ 的解决方法看起来是最简单且最符合逻辑的，所以 Java 中使用了同样的方式：构造器名称与类名相同。在初始化过程中自动调用构造器方法是有意义的。

以下示例是包含了一个构造器的类：

// housekeeping/SimpleConstructor.java
// Demonstration of a simple constructor
class Rock {
    Rock() { // 这是一个构造器
        System.out.print("Rock ");
    }
}

public class SimpleConstructor {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Rock();
        }
    }
}

输出：

Rock Rock Rock Rock Rock Rock Rock Rock Rock Rock

现在，当创建一个对象时：new Rock() ，内存被分配，构造器被调用。构造器保证了对象在你使用它之前进行了正确的初始化。

有一点需要注意，构造器方法名与类名相同，不需要符合首字母小写的编程风格。在 C++ 中，无参构造器被称为默认构造器，这个术语在 Java 出现之前使用了很多年。

跟其他方法一样，构造器方法也可以传入参数来定义如何创建一个对象。之前的例子稍作修改，使得构造器接收一个参数：

// housekeeping/SimpleConstructor2.java
// Constructors can have arguments

class Rock2 {
    Rock2(int i) {
        System.out.print("Rock " + i + " ");
    }
}

public class SimpleConstructor2 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            new Rock2(i);
        }
    }
}

输出：

Rock 0 Rock 1 Rock 2 Rock 3 Rock 4 Rock 5 Rock 6 Rock 7

如果类 Tree 有一个构造方法，只接收一个参数用来表示树的高度，那么你可以像下面这样创建一棵树:

Tree t = new Tree(12); // 12-foot 树

如果 Tree(int) 是唯一的构造器，那么编译器就不允许你以其他任何方式创建 Tree 类型的对象。

构造器消除了一类重要的问题，使得代码更易读。例如，在上面的代码块中，你看不到对 initialize() 方法的显式调用，而从概念上来看，initialize() 方法应该与对象的创建分离。在 Java 中，对象的创建与初始化是统一的概念，二者不可分割。

构造器没有返回值，它是一种特殊的方法。但它和返回类型为 void 的普通方法不同，普通方法可以返回空值，你还能选择让它返回别的类型；而构造器没有返回值，却同时也没有给你选择的余地（new 表达式虽然返回了刚创建的对象的引用，但构造器本身却没有返回任何值）。如果它有返回值，并且你也可以自己选择让它返回什么，那么编译器就还得知道接下来该怎么处理那个返回值（这个返回值没有接收者）。

方法重载

任何编程语言中都具备的一项重要特性就是命名。当你创建一个对象时，就会给此对象分配的内存空间命名。方法是行为的命名。你通过名字指代所有的对象，属性和方法。良好命名的系统易于理解和修改。就好比写散文——目的是与读者沟通。

将人类语言细微的差别映射到编程语言中会产生一个问题。通常，相同的词可以表达多种不同的含义——它们被"重载"了。特别是当含义的差别很小时，这会更加有用。你会说"清洗衬衫"、“清洗车"和"清洗狗”。而如果硬要这么说就会显得很愚蠢：“以洗衬衫的方式洗衬衫”、“以洗车的方式洗车"和"以洗狗的方式洗狗”，因为听众根本不需要区分行为的动作。大多数人类语言都具有"冗余"性，所以即使漏掉几个词，你也能明白含义。你不需要对每个概念都使用不同的词汇——可以从上下文推断出含义。

大多数编程语言（尤其是 C 语言）要求为每个方法（在这些语言中经常称为函数）提供一个独一无二的标识符。所以，你不能有一个 print() 函数既能打印整型，也能打印浮点型——每个函数名都必须不同。

在 Java (C++) 中，还有一个因素也促使了必须使用方法重载：构造器。因为构造器方法名肯定是与类名相同，所以一个类中只会有一个构造器名。那么你怎么通过不同的方式创建一个对象呢？例如，你想创建一个类，这个类的初始化方式有两种：一种是标准化方式，另一种是从文件中读取信息的方式。你需要两个构造器：无参构造器和有一个 String 类型参数的构造器，该参数传入文件名。两个构造器具有相同的名字——与类名相同。因此，方法重载是必要的，它允许方法具有相同的方法名但接收的参数不同。尽管方法重载对于构造器是重要的，但是也可以很方便地对其他任何方法进行重载。

下例展示了如何重载构造器和方法：

// housekeeping/Overloading.java
// Both constructor and ordinary method overloading
class Tree {
    int height;

    Tree() {
        System.out.println("Planting a seedling");
        height = 0;
    }

    Tree(int initialHeight) {
        height = initialHeight;
        System.out.println("Creating new Tree that is " + height + " feet tall");
    }

    void info() {
        System.out.println("Tree is " + height + " feet tall");
    }

    void info(String s) {
        System.out.println(s + ": Tree is " + height + " feet tall");
    }
}

public class Overloading {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Tree t = new Tree(i);
            t.info();
            t.info("overloaded method");
        }
        new Tree();
    }
}

输出：

在这里插入图片描述

一个 Tree 对象既可以是一颗树苗，使用无参构造器创建，也可以是一颗在温室中已长大的树，已经有一定高度，这时候，就需要使用有参构造器创建。

你也许想以多种方式调用 info() 方法。比如，如果你想打印额外的消息，就可以使用 info(String) 方法。如果你无话可说，就可以使用 info() 方法。用两个命名定义完全相同的概念看起来很奇怪，而使用方法重载，你就可以使用一个命名来定义一个概念。

区分重载方法

如果两个方法命名相同，Java是怎么知道你调用的是哪个呢？有一条简单的规则：每个被重载的方法必须有独一无二的参数列表。你稍微思考下，就会很明了了，除了通过参数列表的不同来区分两个相同命名的方法，其他也没什么方式了。你甚至可以根据参数列表中的参数顺序来区分不同的方法，尽管这会造成代码难以维护。例如：

// housekeeping/OverloadingOrder.java
// Overloading based on the order of the arguments
public class OverloadingOrder {
    static void f(String s, int i) {
        System.out.println("String: " + s + ", int: " + i);
    }

    static void f(int i, String s) {
        System.out.println("int: " + i + ", String: " + s);
    }

    public static void main(String[] args) {
        f("String first", 1);
        f(99, "Int first");
    }
}

输出：

String: String first, int: 1
int: 99, String: Int first

两个 f() 方法具有相同的参数，但是参数顺序不同，根据这个就可以区分它们。

重载与基本类型

基本类型可以自动从较小的类型转型为较大的类型。当这与重载结合时，这会令人有点困惑，下面是一个这样的例子：

// housekeeping/PrimitiveOverloading.java
// Promotion of primitives and overloading
public class PrimitiveOverloading {
    void f1(char x) {
        System.out.print("f1(char)");
    }

    void f1(byte x) {
        System.out.print("f1(byte)");
    }

    void f1(short x) {
        System.out.print("f1(short)");
    }

    void f1(int x) {
        System.out.print("f1(int)");
    }

    void f1(long x) {
        System.out.print("f1(long)");
    }

    void f1(float x) {
        System.out.print("f1(float)");
    }

    void f1(double x) {
        System.out.print("f1(double)");
    }

    void f2(byte x) {
        System.out.print("f2(byte)");
    }

    void f2(short x) {
        System.out.print("f2(short)");
    }

    void f2(int x) {
        System.out.print("f2(int)");
    }

    void f2(long x) {
        System.out.print("f2(long)");
    }

    void f2(float x) {
        System.out.print("f2(float)");
    }

    void f2(double x) {
        System.out.print("f2(double)");
    }

    void f3(short x) {
        System.out.print("f3(short)");
    }

    void f3(int x) {
        System.out.print("f3(int)");
    }

    void f3(long x) {
        System.out.print("f3(long)");
    }

    void f3(float x) {
        System.out.print("f3(float)");
    }

    void f3(double x) {
        System.out.print("f3(double)");
    }

    void f4(int x) {
        System.out.print("f4(int)");
    }

    void f4(long x) {
        System.out.print("f4(long)");
    }

    void f4(float x) {
        System.out.print("f4(float)");
    }

    void f4(double x) {
        System.out.print("f4(double)");
    }

    void f5(long x) {
        System.out.print("f5(long)");
    }

    void f5(float x) {
        System.out.print("f5(float)");
    }

    void f5(double x) {
        System.out.print("f5(double)");
    }

    void f6(float x) {
        System.out.print("f6(float)");
    }

    void f6(double x) {
        System.out.print("f6(double)");
    }

    void f7(double x) {
        System.out.print("f7(double)");
    }

    void testConstVal() {
        System.out.print("5: ");
        f1(5);
        f2(5);
        f3(5);
        f4(5);
        f5(5);
        f6(5);
        f7(5);
        System.out.println();
    }

    void testChar() {
        char x = 'x';
        System.out.print("char: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testByte() {
        byte x = 0;
        System.out.print("byte: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testShort() {
        short x = 0;
        System.out.print("short: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testInt() {
        int x = 0;
        System.out.print("int: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testLong() {
        long x = 0;
        System.out.print("long: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testFloat() {
        float x = 0;
        System.out.print("float: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    void testDouble() {
        double x = 0;
        System.out.print("double: ");
        f1(x);
        f2(x);
        f3(x);
        f4(x);
        f5(x);
        f6(x);
        f7(x);
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        PrimitiveOverloading p = new PrimitiveOverloading();
        p.testConstVal();
        p.testChar();
        p.testByte();
        p.testShort();
        p.testInt();
        p.testLong();
        p.testFloat();
        p.testDouble();
    }
}

输出：

在这里插入图片描述

如果传入的参数类型大于方法期望接收的参数类型，你必须首先做下转换，如果你不做的话，编译器就会报错。

返回值的重载

经常会有人困惑，“为什么只能通过方法名和参数列表，不能通过方法名和返回值区分方法呢?”。例如以下两个方法，它们有相同的命名和参数，但是很容易区分：

void f(){}
int f() {return 1;}

有些情况下，编译器很容易就可以从上下文准确推断出该调用哪个方法，如 int x = f()。

但是，你可以调用一个方法且忽略返回值。这叫做调用一个函数的副作用，因为你不在乎返回值，只是想利用方法做些事。所以如果你直接调用 f()，Java 编译器就不知道你想调用哪个方法，阅读者也不明所以。因为这个原因，所以你不能根据返回值类型区分重载的方法。为了支持新特性，Java 8 在一些具体情形下提高了猜测的准确度，但是通常来说并不起作用。

无参构造器

如前文所说，一个无参构造器就是不接收参数的构造器，用来创建一个"默认的对象"。如果你创建一个类，类中没有构造器，那么编译器就会自动为你创建一个无参构造器。例如：

// housekeeping/DefaultConstructor.java
class Bird {}
public class DefaultConstructor {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird = new Bird(); // 默认的
    }
}

表达式 new Bird() 创建了一个新对象，调用了无参构造器，尽管在 Bird 类中并没有显式的定义无参构造器。试想如果没有构造器，我们如何创建一个对象呢。但是,一旦你显式地定义了构造器（无论有参还是无参），编译器就不会自动为你创建无参构造器。如下：

// housekeeping/NoSynthesis.java
class Bird2 {
    Bird2(int i) {}
    Bird2(double d) {}
}
public class NoSynthesis {
    public static void main(String[] args) {
        //- Bird2 b = new Bird2(); // No default
        Bird2 b2 = new Bird2(1);
        Bird2 b3 = new Bird2(1.0);
    }
}

如果你调用了 new Bird2() ，编译器会提示找不到匹配的构造器。当类中没有构造器时，编译器会说"你一定需要构造器，那么让我为你创建一个吧"。但是如果类中有构造器，编译器会说"你已经写了构造器了，所以肯定知道你在做什么，如果你没有创建默认构造器，说明你本来就不需要"。

this 关键字

对于两个相同类型的对象 a 和 b，你可能在想如何调用这两个对象的 peel() 方法：

// housekeeping/BananaPeel.java

class Banana {
    void peel(int i) {
        /*...*/
    }
}
public class BananaPeel {
    public static void main(String[] args) {
        Banana a = new Banana(), b = new Banana();
        a.peel(1);
        b.peel(2);
    }
}

如果只有一个方法 peel() ，那么怎么知道调用的是对象 a 的 peel()方法还是对象 b 的 peel() 方法呢？编译器做了一些底层工作，所以你可以像这样编写代码。peel() 方法中第一个参数隐密地传入了一个指向操作对象的

引用。因此，上述例子中的方法调用像下面这样：

Banana.peel(a, 1)
Banana.peel(b, 2)

这是在内部实现的，你不可以直接这么编写代码，编译器不会接受，但能说明到底发生了什么。假设现在在方法内部，你想获得对当前对象的引用。但是，对象引用是被秘密地传达给编译器——并不在参数列表中。方便的是，有一个关键字: this 。this 关键字只能在非静态方法内部使用。当你调用一个对象的方法时，this 生成了一个对象引用。你可以像对待其他引用一样对待这个引用。如果你在一个类的方法里调用该类的其他方法，不要使用 this，直接调用即可，this 自动地应用于其他方法上了。因此你可以像这样：

// housekeeping/Apricot.java

public class Apricot {
    void pick() {
        /* ... */
    }

    void pit() {
        pick();
        /* ... */
    }
}

在 pit() 方法中，你可以使用 this.pick()，但是没有必要。编译器自动为你做了这些。this 关键字只用在一些必须显式使用当前对象引用的特殊场合。例如，用在 return 语句中返回对当前对象的引用。

// housekeeping/Leaf.java
// Simple use of the "this" keyword

public class Leaf {

    int i = 0;

    Leaf increment() {
        i++;
        return this;
    }

    void print() {
        System.out.println("i = " + i);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Leaf x = new Leaf();
        x.increment().increment().increment().print();
    }
}

输出：

i = 3

因为 increment() 通过 this 关键字返回当前对象的引用，因此在相同的对象上可以轻易地执行多次操作。

this 关键字在向其他方法传递当前对象时也很有用：

// housekeeping/PassingThis.java

class Person {
    public void eat(Apple apple) {
        Apple peeled = apple.getPeeled();
        System.out.println("Yummy");
    }
}

public class Peeler {
    static Apple peel(Apple apple) {
        // ... remove peel
        return apple; // Peeled
    }
}

public class Apple {
    Apple getPeeled() {
        return Peeler.peel(this);
    }
}

public class PassingThis {
    public static void main(String[] args) {
        new Person().eat(new Apple());
    }
}

输出：

Yummy

Apple 因为某些原因（比如说工具类中的方法在多个类中重复出现，你不想代码重复），必须调用一个外部工具方法 Peeler.peel() 做一些行为。必须使用 this 才能将自身传递给外部方法。

在构造器中调用构造器

当你在一个类中写了多个构造器，有时你想在一个构造器中调用另一个构造器来避免代码重复。你通过 this 关键字实现这样的调用。

通常当你说 this，意味着"这个对象"或"当前对象"，它本身生成对当前对象的引用。在一个构造器中，当你给 this 一个参数列表时，它是另一层意思。它通过最直接的方式显式地调用匹配参数列表的构造器：

// housekeeping/Flower.java
// Calling constructors with "this"
public class Flower {
    int petalCount = 0;
    String s = "initial value";

    Flower(int petals) {
        petalCount = petals;
        System.out.println("Constructor w/ int arg only, petalCount = " + petalCount);
    }

    Flower(String ss) {
        System.out.println("Constructor w/ string arg only, s = " + ss);
        s = ss;
    }

    Flower(String s, int petals) {
        this(petals);
        //- this(s); // Can't call two!
        this.s = s; // Another use of "this"
        System.out.println("String & int args");
    }

    Flower() {
        this("hi", 47);
        System.out.println("no-arg constructor");
    }

    void printPetalCount() {
        //- this(11); // Not inside constructor!
        System.out.println("petalCount = " + petalCount + " s = " + s);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Flower x = new Flower();
        x.printPetalCount();
    }
}

输出：

Constructor w/ int arg only, petalCount = 47
String & int args
no-arg constructor
petalCount = 47 s = hi

从构造器 Flower(String s, int petals) 可以看出，其中只能通过 this 调用一次构造器。另外，必须首先调用构造器，否则编译器会报错。这个例子同样展示了 this 的另一个用法。参数列表中的变量名 s 和成员变量名 s 相同，会引起混淆。你可以通过 this.s 表明你指的是成员变量 s，从而避免重复。你经常会在 Java 代码中看到这种用法，同时本书中也会多次出现这种写法。在 printPetalCount() 方法中，编译器不允许你在一个构造器之外的方法里调用构造器。

static 的含义

记住了 this 关键字的内容，你会对 static 修饰的方法有更加深入的理解：static 方法中不会存在 this。你不能在静态方法中调用非静态方法（反之可以）。静态方法是为类而创建的，不需要任何对象。事实上，这就是静态方法的主要目的，静态方法看起来就像全局方法一样，但是 Java 中不允许全局方法，一个类中的静态方法可以访问其他静态方法和静态属性。一些人认为静态方法不是面向对象的，因为它们的确具有全局方法的语义。使用静态方法，因为不存在 this，所以你没有向一个对象发送消息。的确，如果你发现代码中出现了大量的 static 方法，就该重新考虑自己的设计了。然而，static 的概念很实用，许多时候都要用到它。至于它是否真的"面向对象"，就留给理论家去讨论吧。