为什么静态初始化程序中声明的顺序很重要？

Question

我有这段代码。

private static Set<String> myField;

static {
    myField = new HashSet<String>();
    myField.add("test");
}

当我按照原来的顺序编写代码时，它可以正常工作。但是当我颠倒顺序后，就会出现非法向前引用错误。

static {
    myField = new HashSet<String>();
    myField.add("test"); // illegal forward reference
}

private static Set<String> myField;

我有些震惊，没想到Java会出现这样的情况。 :)

这里发生了什么？为什么声明的顺序很重要？为什么赋值可以正常工作，但方法调用却不能？

- Daniel Rikowski

Answer 1

首先，让我们讨论什么是"forward reference"以及为什么它很糟糕。"Forward reference"是指对尚未初始化的变量的引用，而且不仅限于静态初始化器。如果允许这样的引用，它们会给我们带来意想不到的结果，因此它们是不好的。看一下下面这段代码：

public class ForwardRef {
    int a = b; // <--- Illegal forward reference
    int b = 10;
}

当初始化这个类时，j应该是什么？ 当一个类被初始化时，初始化会按照第一次遇到的顺序执行。因此，你应该期望这行代码

a = b; 

在执行之前：

b = 10; 

为了避免这种问题，Java设计者完全禁止了对前向引用的这种使用。 编辑 这种行为在《Java语言规范》的第8.3.2.3节中有明确定义：

声明成员需要出现在使用它之前，只有以下所有条件都满足时，才需要满足这个规定：

- 使用出现在类或接口C的实例变量初始化器或静态变量初始化器中，或出现在类或接口C的实例初始化器或静态初始化器中。 - 使用不在赋值操作的左边。 - C是包含使用的最内部的类或接口。

如果上述任何一个条件未满足，则会产生编译时错误。

- dfa

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好的，我明白了。但是在初始赋值之后，myField已经被初始化了。为什么我还是不能调用add方法呢？ - Daniel Rikowski

如果这三个要求不存在，我可以使用初始化程序中的本地变量创建一个隐式前向引用，对吗？这些限制是出于这个原因吗？ - Daniel Rikowski

JLS表示：“这些限制旨在在编译时捕获循环或其他格式不正确的初始化。” - user85421

@dfa: 你引用的是JLS 2.0版本。在JLS 3.0版本中，这一部分表达得更清晰：http://java.sun.com/docs/books/jls/third_edition/html/j3TOC.html。 - Stephen C

Answer 2

尝试这个：

class YourClass {
    static {
        myField = new HashSet<String>();
        YourClass.myField.add("test");
    }

    private static Set<String> myField;
}

根据JLS，应该能够无错误编译...

- user85421

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我还没有测试过这个，但它仍然违反了JLS中的“左手规则”。请查看下面的答案以了解原因。 - rtperson

@DR：这是编译器的一个特性。反射可以用来规避许多编译器检查，例如从类外部调用私有方法。 - Robert Munteanu

哇，给Carlos点赞加一，并向他致以敬意，因为他把这个问题解决得很好。 - rtperson

@rtperson：这也违反了第三条规则：“使用是通过简单名称进行的”。在我看来，JLS 很难读：“如果成员的声明需要在使用之前以文本形式出现，只有当...并且满足以下所有条件...”，但 JLS 还给出了这个例子：“int z = UseBeforeDeclaration.x * 2; //ok-不是通过简单名称访问” - user85421

@Carlos：JLS很难，但现在我理解了。第6章的介绍区分了简单名称（即变量和方法的名称--myField.add()）和限定名称（即YourClass.myField.add()）。只有当8.2.3.2中的所有规则都被违反时，才会抛出前向引用错误，因此将名称从简单更改为限定可以使其正常工作。他们在JLS的第三版中添加了简单名称规则，因此这里的机制是通过反射实现的。非常有趣。 - rtperson

Answer 3

关于DFA的答案，我想你被JLS 8.2.3.2中第二个小点里“左侧规则”绊住了。在你的初始化中，myField在左侧。在你调用add时，它在右侧。这里的代码是隐含的：

boolean result = myField.add('test')  

你没有评估结果，但编译器仍然会像它存在一样处理。这就是为什么你的初始化通过了，而调用add()失败的原因。

至于为什么会这样，我不知道。可能是出于JVM开发人员的方便考虑，我也不确定。

- rtperson

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好的，不，原因完全相同。返回 void 的调用仍然在右侧，因为你没有对它进行赋值。你只是告诉编译器该函数没有输出，但这并不改变它是函数的事实。 - rtperson

Answer 4

在Java中，所有的初始化器（无论是静态的还是非静态的）都按照它们在类定义中出现的顺序进行评估。

- skaffman

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但我认为问题是“为什么”，不是吗？ - Brian Agnew

为什么这会禁止调用 add 方法但不禁止赋值？ - Daniel Rikowski

Answer 5

请参阅JLS中有关前向引用的规则。如果出现以下情况，则无法使用前向引用：

• 在C的实例（或静态）变量初始化程序中使用，或在C的实例（或静态）初始化程序中使用。
• 使用不在赋值语句的左侧。
• 使用通过简单名称进行。
• C是封闭使用的最内部类或接口。

由于您的示例满足所有这些条件，因此前向引用是非法的。

- Andrzej Doyle

Answer 6

我认为方法调用有问题，因为编译器无法确定在没有myField的引用类型的情况下使用哪个add()方法。

在运行时，使用的方法将由对象类型确定，但编译器只知道引用类型。

- Eric Wilson

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我认为那不是问题，因为使用虚方法时，编译器几乎无法在编译时绑定方法。这就是VMT的用途：http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table - Daniel Rikowski