Статические методы в Java(static methods). Статические члены класса Что означает static при описании поля

Ключевое слово static

Иногда требуется определить такой член класса, который будет использоваться независимо от всех остальных объектов этого класса. Как правило, доступ к члену класса организуется посредством объекта этого класса, но в то же время можно создать член класса для самостоятельного применения без ссылки на конкретный экземпляр объекта. Для того чтобы создать такой член класса, достаточно указать в самом начале его объявления ключевое слово static .

Если член класса объявляется как static, то он становится доступным до создания любых объектов своего класса и без ссылки на какой-нибудь объект. С помощью ключевого слова static можно объявлять как переменные, так и методы. Наиболее характерным примером члена типа static служит метод Main(), который объявляется таковым потому, что он должен вызываться операционной системой в самом начале выполняемой программы.

Для того чтобы воспользоваться членом типа static за пределами класса, достаточно указать имя этого класса с оператором-точкой. Но создавать объект для этого не нужно. В действительности член типа static оказывается доступным не по ссылке на объект, а по имени своего класса.

Переменные, объявляемые как static, по существу, являются глобальными. Когда же объекты объявляются в своем классе, то копия переменной типа static не создается. Вместо этого все экземпляры класса совместно пользуются одной и той же переменной типа static. Такая переменная инициализируется перед ее применением в классе.

Пример использования ключевого слова static:

Using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace ConsoleApplication1 { class myCircle { // 2 метода, возвращающие площадь и длину круга public static double SqrCircle(int radius) { return Math.PI * radius * radius; } public static double LongCircle(int radius) { return 2 * Math.PI * radius; } } class Program { static void Main(string args) { int r = 10; // Вызов методов из другого класса // без создания экземпляра объекта этого класса Console.WriteLine("Площадь круга радиусом {0} = {1:#.##}",r,myCircle.SqrCircle(r)); Console.WriteLine("Длина круга равна {0:#.##}",myCircle.LongCircle(r)); Console.ReadLine(); } } }

На применение методов типа static накладывается ряд следующих ограничений:

В методе типа static должна отсутствовать ссылка this, поскольку такой метод не выполняется относительно какого-либо объекта

В методе типа static допускается непосредственный вызов только других методов типа static, но не метода экземпляра из того самого же класса. Дело в том, что методы экземпляра оперируют конкретными объектами, а метод типа static не вызывается для объекта. Следовательно, у такого метода отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать

Аналогичные ограничения накладываются на данные типа static. Для метода типа static непосредственно доступными оказываются только другие данные типа static, определенные в его классе. Он, в частности, не может оперировать переменной экземпляра своего класса, поскольку у него отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать

Статические конструкторы

Конструктор можно также объявить как static. Статический конструктор, как правило, используется для инициализации компонентов, применяемых ко всему классу, а не к отдельному экземпляру объекта этого класса. Поэтому члены класса инициализируются статическим конструктором до создания каких-либо объектов этого класса:

Using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace ConsoleApplication1 { class MyClass { public static int a; public int b; // Статический конструктор static MyClass() { a = 10; } // Обычный конструктор public MyClass() { b = 12; } } class Program { static void Main(string args) { Console.WriteLine("Доступ к экземпляру класса a: " + MyClass.a); MyClass obj = new MyClass(); Console.WriteLine("Доступ к экземпляру класса b: " + obj.b); Console.ReadLine(); } } }

Обратите внимание на то, что конструктор типа static вызывается автоматически, когда класс загружается впервые, причем до конструктора экземпляра. Из этого можно сделать более общий вывод: статический конструктор должен выполняться до любого конструктора экземпляра. Более того, у статических конструкторов отсутствуют модификаторы доступа - они пользуются доступом по умолчанию, а следовательно, их нельзя вызывать из программы.

Статические классы

Класс можно объявлять как static. Статический класс обладает двумя основными свойствами. Во-первых, объекты статического класса создавать нельзя . И во-вторых, статический класс должен содержать только статические члены. Статический класс создается по приведенной ниже форме объявления класса, видоизмененной с помощью ключевого слова static.

static class имя класса { // ...

Статические классы применяются главным образом в двух случаях. Во-первых, статический класс требуется при создании метода расширения . Методы расширения связаны в основном с языком LINQ. И во-вторых, статический класс служит для хранения совокупности связанных друг с другом статических методов.

В этой статье мы изучим статические методы в Java и сравним Static и Instance. Главное запомнить, что если вы применяете статическое ключевое слово с любым методом, оно называется статическим методом.

Что такое статические методы в Java?

Статические методы — это методы в Java, которые можно вызывать без создания объекта класса. Они задокументированы именем {class the category}.
Статическое ключевое слово может использоваться с классом, переменной, методом и блоком. Статические члены принадлежат классу, а не конкретному экземпляру, это означает, что если вы сделаете член статическим, вы сможете получить к нему доступ без объекта. Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это:

Здесь у нас есть статический метод myMethod(), мы можем вызвать этот метод без какого-либо объекта, потому что когда мы делаем член статическим, он становится уровнем класса. Если мы удалим ключевое слово static и сделаем его нестатичным, нам нужно будет создать объект класса для его вызова.

Статические члены являются общими для всех экземпляров (объектов) класса, но нестатические члены являются отдельными для каждого экземпляра класса.

Class SimpleStaticExample { // This is a static method static void myMethod() { System.out.println("myMethod"); } public static void main(String args) { /* You can see that we are calling this * method without creating any object. */ myMethod(); } }

Синтаксис

public static void geek(String name) { // code to be executed....

Он хранится в Permanent Generation, поскольку связывается с {class the category}, где они находятся, а не с объектами этого класса. Тем не менее, их локальные переменные, а также передаваемый им аргумент(ы) находятся в стеке.

Важные моменты:

• Статический метод(ы), связанный с классом, в котором они находятся, то есть они будут ссылаться на него, даже если он не создает экземпляр класса, т.е. ClassName.methodName (args).
• Они предназначены для совместного использования всеми объектами, созданными из одного класса.
• Статические методы не могут быть переопределены.

Пример использования статических методов в Java:

Import java.io.*; class Flair{ public static String FlairName = ""; public static void geek(String name) { FlairName = name; } } class GFG { public static void main (String args) { Flair.flair("vaibhav"); System.out.println(Flair.flairName); Flair obj = new Flair (); obj.flair("shadow"); System.out.println(obj.flairName); } }

Вывод:
vaibhav
shadow

Статические переменные(static) и их значения (примитивы или ссылки) определяются внутри класса и хранятся в пространстве памяти PermGen.

Что если статическая переменная ссылается на объект?

static int i = 1;
static Object obj = new Object();

В первой строке значение, которое будет храниться в разделе PermGen. Во второй строке ссылка obj будет храниться в секции PermGen, а объект, на который она ссылается, будет храниться в секции heap.

Когда используются?

• Если у вас есть код, который может совместно использоваться всеми экземплярами одного и того же класса, поместите эту часть кода в метод Static.
• В первую очередь настраивайте статические поля доступа к классу.

Что такое метод экземпляра Java?

Метод экземпляра Java — это способы, которыми можно создать объект класса, прежде чем он будет вызываться. Чтобы вызвать метод экземпляра, мы должны сделать объект из категории, в которой он определен.

Public void flair(String name) // code to be {executed.... } // return type can be int, float String or user defined data type.

Параметры(переданные им аргументы), а также их локальные переменные и возвращаемое значение выделяются в стеке.

Важные моменты:

• Инстансы принадлежат объекту класса, а не классу, т. е. они будут также ссылаться, как и после создания объекта класса.
• Каждый отдельный объект, созданный из {класса, категории}, имеет свою собственную копию метода(ов) экземпляра этого класса.
• Они могут быть переопределены.

Метод экземпляра или статический метод в Java?

• Метод экземпляра получит прямой доступ к методам экземпляра и переменным.
• Метод экземпляра будет обращаться к статическим переменным и статическим методам напрямую.
• Статические методы будут обращаться к статическим переменным и методам напрямую.
• Статические методы не могут напрямую обращаться к методам экземпляра и переменным экземпляра. И статический метод не может использовать это, так как нет экземпляра для «this», на который можно сослаться.

Кроме модификатора доступа, перед названием поля, метода или свойства можно написать ключевое слово static .
«static » означает, что данное поле, метод или свойство будет принадлежать не каждому объекту класса, а всем им вместе.

Классический пример: как определить, сколько объектов одного класса было создано? Для решения данного вопроса, как раз и служат статические поля и методы .

Давайте разберем на примере с тиграми. Определим класс «Tiger ». Если мы запишем поле класса вот так: public int count; то данное поле будет у каждого объекта, и у каждого объекта оно будет своё. Причем, если не создано ни одного объекта, то это поле не будет существовать вообще.
Поэтому cделаем это поле статическим (static ).

Создадим конструктор, в котором будем увеличить счетчик count при создании каждого нового объекта:
public Tiger() { count++; }.
Здесь же мы можем задавать индивидуальные характеристики тигра: вес, рост, кличка.

Также напишем статический метод, который выводит количество созданных объектов:
public static void ShowNumberOfObjects().

Тогда в нашем консольном приложении будут два класса:

Public class Tiger { public static int count; public Tiger() { count++; } public static void ShowNumberOfObjects() { Console.WriteLine("Тигров = {0}", Tiger.count.ToString()); } } class Program { static void Main(string args) { // Чему равно число тигров без создания объектов? Tiger.ShowNumberOfObjects(); // 0, т.к. мы пока не создали объекты // Создадим 3 тигров Tiger t1 = new Tiger (); Tiger t2 = new Tiger (); Tiger t3 = new Tiger (); Tiger.ShowNumberOfObjects(); // выйдет 3 тигра Console.ReadLine(); } }

Результат: 3.

Вывод. Статический метод позволяет вызывать его, не имея в наличии ни одного объекта. Вместо имени объекта при вызове метода указывается имя класса Tiger: Tiger.ShowNumberOfObjects();

Отличия статического метода от нестатического:

1. Для вызова статического метода не нужен объект.
2. Внутри статического метода недоступна переменная this, указывающая на объект, соответственно недоступны все нестатические поля этого класса, т.к. как нет объекта.
3. Внутри обычного метода доступны как статические, так и нестатические поля.
4. Начиная с C# 4.0 появилась возможность и сам класс сделать статическим.

Иногда создают классы, которые состоят только из статических методов, как, например, класс Math. По сути, такие классы являются контейнерами глобальных функций, однако это отходит от концепции ООП. Также нельзя будет создавать, соответственно, и экземпляры статического класса.

Теперь разберемся с понятием «структура» и выясним ее отличие от класса.

Члены класса могут использоваться с ключевым словом static. В данном контексте его значение сходно с тем, которое оно имеет в С. Когда член класса объявляется как статический, то тем самым компилятору дается указание, что должна существовать только одна копия этого члена, сколько бы объектов этого класса ни создавалось. Статический член используется совместно все­ми объектами данного класса. Все статические данные инициализируются нулями при создании первого объекта, и другая инициализация не предусмотрена.

При объявлении статического члена данных класса этот член не определяется. Вместо этого необходимо обеспечить для них глобальное определение вне класса. Это делается путем нового объявления статической переменной, причем используется оператор области видимости для того, чтобы идентифицировать тот класс, к которому принадлежит переменная. Это необходимо для того, чтобы под статическую переменную была выделена память.

В качестве примера рассмотрим следующую программу:

#include
class counter {
static int count;
public:
void setcount(int i) {count = i;};
void showcount () {cout << count << " "; }
};
int counter::count; // определение count
int main() {
counter a, b;
a.showcount (); // выводит 0
b.showcount (); // выводит 0
a.setcount (10); // установка статического count в 10
a.showcount (); // выводит 10
b.showcount (); // также выводит 10
return 0;
}

В первую очередь обратим внимание на то, что статическая переменная целого типа count объяв­ляется в двух местах: в классе counter и затем - как глобальная переменная. Borland С++ иници­ализирует count нулем. Именно поэтому первый вызов showcount() выводит в качестве результата нуль. Затем объект а устанавливает count равным 10. После этого оба объекта а и b выводят с помощью функции showcount() одну и ту же величину, равную 10. Поскольку существует только одна копия count, используемая совместно объектами а и b, то на экран выводится в обоих слу­чаях значение 10.

Также можно иметь статические функции-члены. Статические функции-члены не могут прямо ссылаться на нестатические данные или нестатические функции, объявленные в их классе. Причи­ной тому является отсутствие для них указателя this, так что нет способа узнать, с какими именно нестатическими данными работать. Например, если имеется два объекта класса, содержащие стати­ческую функцию f(), и если f() пытается получить доступ к нестатической переменной var, опреде­ленной этим классом, то как можно определить, какую именно копию var следует использовать? Компилятор не может решить такую проблему. В этом заключается причина того, что статичес­кие функции могут обращаться только к другим статическим функциям или статическим данным. Также статические функции не могут быть виртуальными или объявляться с модификаторами const иди volatile. Статическая функция может вызываться либо с использованием объекта класса, либо с использованием имени класса и оператора области видимости. Тем не менее не надо забы­вать, что даже при вызове статической функции с использованием объекта, ей не передается указатель this.

Следующая короткая программа иллюстрирует один из многих способов использования стати­ческих функций. Достаточно распространенной является ситуация, когда требуется обеспечить доступ к ограниченному ресурсу, например, такому, как совместно используемый файл в сети. Как иллюстрирует эта программа, использование статических данных и функций служит мето­дом, посредством которого объект может проверить статус ресурса и получить к нему доступ, если это возможно.

#include


class access {
static enum access_t acs;
// ...
public:


{
return acs;
}
// ...
};

int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с использованием имени класса
// ... код

if (obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта

cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
return 0;
}

При запуске этой программы на экране появится «locked out». Обратим внимание, что функция set_access() вызвана с именем класса и оператором области видимости. Функция get_access() вы­звана с объектом и оператором «точка». При вызове статической функции может использовать­ся любая из этих форм и обе они дают одинаковый эффект. Стоит поэкспериментировать немно­го с этой программой, чтобы убедиться в правильности понимания хода ее работы.

Как отмечалось, статические функции имеют прямой доступ только к другим статическим фун­кциям или статическим данным в пределах одного и того же класса. Чтобы проверить это, по­пробуем откомпилировать следующую версию программы:

// данная программа содержит ошибку и не будет компилироваться
#include
enum access_t {shared, in_use, locked, unlocked};
// класс контролирует редкий ресурс
class access {
static enum access_t acs;
int i; // не статический
// ...
public:
static void set_access (enum access_t a) {acs = a;}
static enum access_t get_access()
{
i = 100; // не будет компилироваться
return acs;
}
// ...
};
enum access_t access::acs; // определение acs
int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с помощью имени класса
// ... код
// может ли obj2 обращаться к ресурсу
if(obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта
access::set_access(in_use); // вызов с помощью имени класса
cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
}

Эта программа не будет откомпилирована, поскольку функция get_access() пытается получить доступ к нестатической переменной.

Сперва не ощущается необходимости в немедленном использовании статических членов, но по мере накопления опыта программирования на С++ они становятся очень удобным средством в определенных ситуациях, поскольку позволяют избежать использования глобальных переменных.

Большинство ключевых слов C++ позволяют сделать одну вещь. Вы используете int для объявления целочисленной переменной, или тогда, когда функция возвращает целое значение, или принимает целое число в качестве аргумента. Вы используете оператор new для выделения памяти, а оператор delete — для ее освобождения. Вы можете использовать const для указания, что значение переменной не может быть изменено. По иронии судьбы, ключевое слово static , хотя и означает «неизменный», имеет несколько (и, видимо, не связанных между собой) способов использования. Ключевое слово static может быть использовано в трех основных контекстах:

• внутри функции;
• внутри определения класса;
• перед глобальной переменной внутри файла, составляющего многофайловую программу.

Использование static внутри функции является самым простым. Это просто означает, что после того, как переменная была инициализирована, она остается в памяти до конца программы. Вы можете думать об этом, как о переменной, которая хранит свое значение до полного завершения программы. Например, вы можете использовать статическую переменную для записи количества раз, когда функция была вызвана, просто добавив строки static int count = 0; и count++; в функцию. Так как count является статической переменной, строка static int count = 0; будет выполняться только один раз. Всякий раз, когда функция вызывается, count будет иметь последнее значение, данное ему.

Вы также можете использовать static таким образом, чтобы предотвратить переинициализацию переменной внутри цикла. Например, в следующем коде переменная number_of_times будет равна 100, несмотря на то что строка static int number_of_times = 0; находится внутри цикла, где она, по-видимому, должна исполнятся каждый раз, когда программа доходит до цикла. Хитрость заключается в том, что ключевое слово static препятствует повторной инициализации переменной. Одной из особенностей использования ключевого слова static является то, что оно автоматически устанавливает переменную в ноль для вас — но не полагайтесь на это (это делает ваши намерения неясными).

For(int ix=0; ix < 10; ix++) { for(int iy = 0; iy < 10; iy++) { static int number_of_times = 0; number_of_times++; } }

Вы можете использовать статические переменные для сохранения информации о последнем значении возвращенной функции, например, если вы хотите сохранить максимальное значение, рассчитанное по функции. Если вы делаете разбор строки, вы можете также хранить последний знак, возвращенный функцией, для того, чтобы иметь возможность вызвать ее с аргументом, означающим, что она должна вернуть последний знак.

Второе использование static — внутри определения класса. Хотя большинство переменных, объявленных внутри класса могут иметь разное значение в каждом экземпляре класса, статические поля класса будут иметь то же значение для всех экземпляров данного класса и даже не обязательно создавать экземпляр этого класса. Полезно представить себе, что статические переменные класса содержат информацию, необходимую для создания новых объектов (например в фабрике классов). Например, если вы хотите пронумеровать экземпляры класса, можно использовать статическую переменную для отслеживания последнего используемого номера. Важно отметить, что хорошим тоном при использовании статических переменных класса является использование class_name::х; , а не instance_of_class.x; . Это помогает напомнить программисту, что статические переменные не принадлежат к одному экземпляру класса, и что вам не обязательно создавать экземпляр этого класса. Как вы уже, наверное, заметили, для доступа к static можно использовать оператор области видимости, :: , когда вы обращаетесь к нему через имя класса.

Важно иметь в виду, при отладке или реализации программы с использованием static , что вы не можете инициализировать его внутри класса. В самом деле, если вы решите написать весь код класса в файл заголовка, вы даже не сможете инициализировать статическую переменную внутри файла заголовка; сделайте это в файле.cpp . Кроме того, вам необходимо инициализировать статические члены класса, или их не будет в области видимости. (Синтаксис немного странный: type class_name::static_variable = value .)

У вас также могут быть статические функции класса. Статические функции — это функции, которые не требуют экземпляра класса и вызываются так же, по аналогии со статическими переменным, с именем класса, а не с именем объекта. Например, a_class::static_function(); , а не an_instance.function(); . Статические функции могут работать только со статическими членами класса, так как они не относятся к конкретным экземплярам класса. Статические функции могут быть использованы для изменения статических переменных, отслеживать их значения — например, вы можете использовать статическую функцию, если вы решили использовать счетчик, чтобы дать каждому экземпляру класса уникальный идентификатор.

Например, вы можете использовать следующий код:

Class user { private: int id; static int next_id; public: static int next_user_id() { next_id++; return next_id; } // остальные методы для класса user user() // конструктор класса { id = user::next_id++; // или вызов метода, id = user.next_user_id(); } }; int user::next_id = 0;

Обратите внимание, что вы должны включать тип статической переменной, когда вы устанавливаете его!

User a_user;

установит идентификатор на следующий идентификационный номер, не используемый любым другим объектом user . Обратите внимание, что это хороший стиль объявления идентификатора как константы.

Последнее использование static — глобальная переменная в файле кода. В этом случае использование static указывает, что исходный код в других файлах, которые являются частью проекта, не может получить доступ к переменной. Только код внутри того же файла может увидеть переменную (её область видимости ограничена файлом). Эта техника может быть использована для моделирования объектно-ориентированного кода, потому что она ограничивает видимость переменных и таким образом помогает избежать конфликта имен. Этот способ использования static является пережитком Cи.