类和对象的创建及使用原理

先看一个例子:

public class Base {

  public static int s;
  private int a;

  static {
    System.out.println("基类静态代码块, s: " + s);
    s = 1;
  }

  {
    System.out.println("基类实例代码块, a: " + a);
    a = 1;
  }

  public Base() {
    System.out.println("基类构造方法, a: " + a);
    a = 2;
  }

  protected void step() {
    System.out.println("base s: " + s + ", a: " + a);
  }

  public void action() {
    System.out.println("start");
    step();
    System.out.println("end");
  }
}

public class Child extends Base {

  public static int s;
  private int a;

  static {
    System.out.println("子类静态代码块, s: " + s);
    s = 10;
  }

  {
    System.out.println("子类实例代码块, a: " + a);
    a = 10;
  }

  public Child() {
    System.out.println("子类构造方法, a: " + a);
    a = 20;
  }

  protected void step() {
    System.out.println("child s: " + s + ", a: " + a);
  }

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("---- new Child()");
    Child c = new Child();
    System.out.println("\n---- c.action()");
    c.action();
    Base b = c;
    System.out.println("\n---- b.action()");
    b.action();
    System.out.println("\n---- b.s: " + b.s);
    System.out.println("\n---- c.s: " + c.s);
  }
}

你能准确写出这段代码的输出吗?

我们在评论区公布答案,先让我们看看类和对象的运行原理:

步骤

说明

例子详解

类加载过程

基本准则:

  • 在Java中,所谓类的加载是指将类的相关信息加载到内存。
  • 在Java中,类是动态加载的,当第一次使用这个类的时候才会加载。
  • 加载一个类时,会查看其父类是否已加载,如果没有,则会加载其父类。

类的信息:

  • 类变量(静态变量)​
  • 类初始化代码
  • 定义静态变量时的赋值语句静态初始化代码块
  • 类方法(静态方法)​
  • 实例变量
  • 实例初始化代码
  • 定义实例变量时的赋值语句实例初始化代码块构造方法
  • 实例方法
  • 父类信息引用

类加载过程:

  1. 分配内存保存类的信息(java中在 方法区 分配这部分内存)
  2. 给类变量赋默认值
  3. 加载父类
  4. 设置父子关系
  5. 执行类初始化代码
  6. 先执行父类的,再执行子类的父类执行时,子类静态变量的值也是有的,是默认值(数字型变量都是0,boolean是false, char是'\u0000',引用型变量是null)

类的内存布局:

  • class_init()表示类初始化代码
  • instance_init()表示实例初始化代码

对象创建过程

创建对象过程包括:

  1. 分配内存
  2. 本类和所有父类的实例变量,但不包括任何静态变量每个对象除了保存类的实例变量之外,还保存着实际类信息的引用
  3. 对所有实例变量赋默认值
  4. 执行实例初始化代码
  5. 实例初始化代码的执行从父类开始,再执行子类的在任何类执行初始化代码之前(包括父类),所有实例变量都已设置完默认值

创建和赋值后,内存布局:

方法调用过程

java基本准则:

  • 寻找要执行的实例方法的时候,是从对象的实际类型信息开始查找的,找不到的时候,再查找父类类型信息。
  • 动态绑定实现的机制就是根据对象的实际类型查找要执行的方法,子类型中找不到的时候再查找父类。
  • 如果继承的层次比较深,要调用的方法位于比较上层的父类,则调用的效率是比较低的,因为每次调用都要进行很多次查找。大多数系统使用一种称为虚方法表的方法来优化调用的效率。

虚方法表:在类加载的时候为每个类创建一个表,记录该类的对象所有动态绑定的方法(包括父类的方法)及其地址,但一个方法只有一条记录,子类重写了父类方法后只会保留子类的。

c.action(); 这句代码的执行过程:

  1. 查看c的对象类型,找到Child类型,在Child类型中找action方法,发现没有,到父类中寻找;
  2. 在父类Base中找到了方法action,开始执行action方法;
  3. action先输出了start,然后发现需要调用step()方法,就从Child类型开始寻找step()方法;
  4. 在Child类型中找到了step()方法,执行Child中的step()方法,执行完后返回action方法;
  5. 继续执行action方法,输出end。

b.action(),这句代码的输出和c.action()是一样的,这称为动态绑定。

Child和Base的虚方法表如图:

对Child类型来说:

  • action方法指向Base中的代码
  • toString方法指向Object中的代码
  • step()指向本类中的代码

当通过对象动态绑定方法的时候,只需要查找这个表就可以了,而不需要挨个查找每个父类。

变量访问过程

对变量的访问是静态绑定的,无论是类变量还是实例变量。

b.s和c.s,通过对象访问类变量,系统会转换为直接访问类变量Base.s和Child.s。

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Java编程原理 文章被收录于专栏

知其然知其所以然,只有了解了底层原理,借助第一性原理,才可以运用自如,成为真大师。 什么是第一性原理? 第一性原理最早由亚里士多德提出,他将其定义为:“事物被已知的第一项前提。” 简单来说,它要求你不要用“类比”去思考(即:因为别人这样做,或者以前这样做,所以我也这样做),克服从众心理(FOMO)和经验偏差,在科技创新、商业决策中找到成本与效率的最优解。

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答案: 基类静态代码块, s: 0 子类静态代码块, s: 0 ---- new Child() 基类实例代码块, a: 0 基类构造方法, a: 1 子类实例代码块, a: 0 子类构造方法, a: 10 ---- c.action() start child s: 10, a: 20 end ---- b.action() start child s: 10, a: 20 end ---- b.s: 1 ---- c.s: 10 #面试___岗的必刷题单#
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发布于 今天 15:11 上海

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