成员变量的定义与使用

成员变量的定义与使用

     成员变量又称为成员属性，它是描述对象状态的数据，是类中很重要的组成成分。本节详细讨论如何来定义成员变量、成员变量的访问权限，以及静态成员变量与实例成员变量之间的区别。

 成员变量的定义

    定义成员变量的语法如下：
[变量修饰符] 类型说明符变量名
类的成员变量和在方法中所声明的局部变量都是用户标识符，它们的命名规则相同。变量修饰符是可选项，一个没有变量修饰符的变量定义如下：

public class Cuber{
double width,height;
int number;
}

　　

成员变量的类型可以是Java中的任意数据类型，包括基本类型、数组、类和接口。在一个类中，成员变量应该是唯一的，但是成员变量的名字可以和类中某个方法的名字相同，例如：

public class Point{
int x, y;
int x(){
return x;
}
}

　　

其中，方法x()和变量x具有相同的名字，但笔者不赞成这样写，因为这会引起不必要的混淆。
可以用成员变量修饰符来规定变量的相关属性，这些属性包括：
● 成员变量的访问权限。一共有4种访问权限可供选择，在3.3.2节将详细介绍。
● 成员变量是否为静态。默认情况下，成员变量是实例成员，在外部需要通过对象才能操作。如果用static修饰，就成为了静态成员，也称为类变量，无需通过对象就可以操作。
● 是否为常量。默认的是变量，如果前面加上final关键字，它就是一个常量。
这些修饰符可以任意组合使用。加上修饰符的成员变量如下所示：

public class Cuber{
private double width,height; //定义两个私有的成员变量
public static int count; //定义一个公共的静态类变量
public static final int COLORE=1; //定义一个公共的整型静态常量
}

　　

虽然Java并没有规定，成员变量必须定义在类的开始部分，不过在实际编程中，多数程序员将成员变量定义在成员方法的前面。
3.3.2 成员变量的访问权限
访问权限修饰符声明了成员变量的访问权限。Java提供的显示的访问权限修饰符有3种，分别是：私有（private）、保护（protected）和公共（public）。除此之外，还有一种默认的访问权限：friendly，它并不是Java的关键字，只有当变量前面没有写明任何访问权限修饰符时，就默认以friendly作为访问权限。为了表达上的方便，省略了其中“成员”两字，将被这些修饰符所修饰的变量分别称为私有变量、保护变量和公共变量。下面分别讨论各个修饰符的用法。
1．公共变量
凡是被public修饰的成员变量，都称为公共变量，它可以被任何类所访问。即允许该变量所属的类中所有方法访问，也允许其他类在外部访问。如例3.2所示。
【例3.2】 公共变量使用示例。

//-----------文件名declarePublic.java，程序编号3.2------------------
public class declarePublic{
public int publicVar=10; //定义一个公共变量
}

　　

在类declarePublic中声明了一个公共变量publicVar，它可以被任何类所访问。下面这段程序中，类otherClass可以合法地修改变量publicVar的值，而无论otherClass位于什么地方。

//-----------文件名otherClass.java，程序编号3.3------------------
public class otherClass{
void change(){
declarePublic ca=new declarePublic(); //创建一个declarePublic对象
ca.publicVar=20; //通过对象名来访问它的公共变量，正确
}
}

用public修饰的变量，允许任何类在外部直接访问，这破坏了封装的原则，造成数据安全性能下降，所以除非有特别的需要，否则不要使用这种方案。
2．私有变量
凡是被private修饰的成员变量，都称为私有变量。它只允许在本类的内部访问，任何外部类都不能访问它。
【例3.3】 私有变量使用示例。

//-----------文件名declarePrivate.java，程序编号3.4------------------
public class declarePrivate{
private int privateVar=10; //定义一个私有变量
void change(){
privateVar=20; //在本类中访问私有变量，合法
}
}

如果企图在类的外部访问私有变量，编译器将会报错。

//-----------文件名otherClass.java，程序编号3.5------------------
public class otherClass{
void change(){
declarePrivate ca=new declarePrivate(); //创建一个declarePrivate对象
ca.privateVar=20; //企图访问私有变量，非法
}
}

为了让外部用户能够访问某些私有变量，通常类的设计者会提供一些方法给外部调用，这些方法被称为访问接口。下面是一个改写过的declarePrivate类。

//-----------文件名declarePrivate.java，程序编号3.6------------------
public class declarePrivate{
private int privateVar=10; //定义一个私有变量
void change(){
privateVar=20;
}
public int getPrivateVar(){ //定义一个接口，返回私有变量privateVar的值
return privateVar;
}
public boolean setPrivateVar(int value){ //定义一个接口，可以设置privateVar
的值
//可以在这里先检测value是否在允许的范围内，然后再执行下面的语句。
privateVar = value;
return true;
}
}

私有变量很好地贯彻了封装原则，所有的私有变量都只能通过程序员设计的接口来访问，任何外部使用者都无法直接访问它，所以具有很高的安全性。但是，在下面这两种情况下，需要使用Java另外提供的两种访问类型：
● 通过接口访问私有变量，将降低程序的性能，在程序性能比较重要的情况下，需要在安全性和效率间取得一个平衡。
● 私有变量无法被子类继承，当子类必须继承成员变量时，需要使用其他的访问类型。
3．保护变量
凡是被protected修饰的变量，都被称为保护变量。除了允许在本类的内部访问之外，还允许它的子类以及同一个包中的其他类访问。子类是指从该类派生出来的类。包是Java中用于管理类的一种松散的集合。二者的详细情况将在第4章介绍。下面是一个简单的 例子。
【例3.4】 保护变量使用示例。
下面这个程序先定义一个名为onlyDemo的包，declarProtected类就属于这个包。

//-----------文件名declareProtected.java，程序编号3.7------------------
package onlyDemo;
public class declareProtected{
protected int protectedVar=10; //定义一个保护变量
void change(){
protectedVar=20; //合法
}
}

%说明：读者编译这个文件时，需要用这个命令（下同）：
javac -d . 文件名
下面这个otherClass类也定义在onlyDemo包中，与declareProtected类同属于一个包。

//-----------文件名otherClass.java，程序编号3.8------------------
package onlyDemo;
public class otherClass{ //它也在包onlyDemo中
void change(){
declareProtected ca=new declareProtected();
ca.protectedVar=20; //合法
}
}

下面这个deriveClass类是declareProtected的子类，它并不在onlyDemo包中。它也可以访问保护变量protectedVar，但是只能通过继承的方式访问。

//-----------文件名declareProtected.java，程序编号3.9------------------
import onlyDemo.declareProtected; //引入需要的包
public class deriveClass extends declareProtected{ //定义一个子类
void change(){
//合法，改变的是deriveClass从declarProtected中所继承的protectedVar值
protectedVar=30;
}
}

%说明：import是Java中的关键字，用于引入某个包。这将在4.13节中详细介绍。
子类如果不在父类的同一包中，是无法通过“对象名.变量名”的方式来访问protected类型的成员变量，比如下面这种访问是非法的：

//-----------文件名deriveClass.java，程序编号3.10-----------------
import onlyDemo.declareProtected;
public class deriveClass extends declareProtected{ //定义一个子类
void change(){
declareProtected ca=new declareProtected();
ca.protectedVar=30; //错误，不允许访问不在同一包中的保护变量
}
}

4．默认访问变量
如果在变量前不加任何访问权修饰符，它就具有默认的访问控制特性，也称为friendly变量。它和保护变量非常像，它只允许在同一个包中的其他类访问，即便是子类，如果和父类不在同一包中，也不能继承默认变量（这是默认访问变量和保护变量的唯一区别）。因为它限定了访问权限只能在包中，所以也有人称默认访问权限为包访问权限。
【例3.5】 默认访问变量使用示例。

//-----------文件名declareDefault.java，程序编号3.11------------------
package onlyDemo; //本类定义在包中
public class declareDefault{
int defaultVar=10; //定义一个默认访问变量
void change(){
defaultVar=20; //合法
}
}
onlyDemo包中的其他类，可以访问defaultVar变量：
//-----------文件名otherClass.java，程序编号3.12------------------
package onlyDemo;
public class otherClass{ //它也在包onlyDemo中
void change(){
declareDefault ca=new declareDefault();
ca.defaultVar=20; //合法
}
}

下面是它的子类，也在onlyDemo包中。它除了可以像包中其他类那样通过“对象名.变量名”来访问默认变量，还可以通过继承的方式来访问。

//-----------文件名deriveClass.java，程序编号3.13------------------
package onlyDemo;
public class deriveClass extends declareDefault{ //定义一个子类
void change(){
//合法，改变的是deriveClass从declarDefault中所继承的defaultVar值
defaultVar=30;
}
}
如果子类不在onlyDemo包中，就不会继承默认变量，也就无法像上面那样来访问。
//-----------文件名deriveClass.java，程序编号3.14------------------
import onlyDemo.declareDefault;
public class deriveClass extends declareDefault{ //定义一个子类
void change(){
defaultVar=30; //非法，这个变量没有继承下来
}
}

3.3.3 实例成员变量和静态成员变量
1．实例成员变量
在3.3.2节中，所有的对象都是实例成员变量。它们的最大特色是：如果所属的对象没有被创建，它们也就不存在。如果在类的外部使用它，需要先创建一个对象，然后通过“对象名.变量名”来访问。前面所有的例子都遵循了这一规则。在类的内部，实例成员方法也可以直接访问实例成员变量，比如例3.5，具体原因，将在3.5节中讲述。
不同的对象，拥有不同的实例成员变量，它们互不干扰。
【例3.6】 不同对象的实例成员变量使用示例。

//-----------文件名instanceVar.java，程序编号3.15------------------
public class instanceVar{
protected int instVar=0; //定义一个实例成员变量
}
下面这个类showInstVar用两个对象来访问它的实例成员变量。
//-----------文件名showInstVar.java，程序编号3.16------------------
public class showInstVar{
public static void main(String args[]){
instanceVar one = new instanceVar(); //创建对象one
instanceVar two = new instanceVar(); //创建对象two
//分别为这两个对象的成员变量赋值
one.instVar = 100;
two.instVar = 200;
//分别显示这两个对象的成员变量值
System.out.println("one.instVar="+one.instVar);
System.out.println("two.instVar="+two.instVar);
}
}

程序3.16输出的结果如下：
one.instVar=100
two.instVar=200
从本例中明显地看出，不同对象的成员变量是不相同的，它们互不干涉。
2．静态成员变量
在某些情况下，程序员希望定义一个成员变量，可以独立于类的任何对象，即所有的对象都共用同一个成员变量。由于Java中不能像C一样定义全局变量，因此，Java中引入了静态成员变量。
在成员变量前加上static标识符就可以定义一个静态成员变量。相对于实例成员变量，静态成员变量具有以下特点：
● 它被类的所有对象共享，因此又被称为类变量。
● 它不是属于某个具体对象，也不是保存在某个对象的内存区域中，而是保存在类的公共存储单元。因此，可以在类的对象被创建之前就能使用。
● 它既可以通过“对象名.变量名”方式访问，也可以通过“类名.变量名”的方式访问。它们是完全等价的。
【例3.7】 静态成员变量使用示例。

//-----------文件名staticVar.java，程序编号3.17------------------
public class staticVar{
protected static int stat=0; //定义一个静态成员变量
}
下面这个程序使用不同的方法来访问这个静态变量。
//-----------文件名showStaticVar.java，程序编号3.18------------------
public class showStaticVar{
public static void main(String args[]){
staticVar.stat=100; //通过类名.变量名访问静态变量，无需创建对象
System.out.println("staticVar.stat="+staticVar.stat);
staticVar one = new staticVar(); //创建对象one
staticVar two = new staticVar(); //创建对象two
//分别为这两个对象的静态成员变量赋值
one.stat = 200;
two.stat = 300;
//分别显示这两个对象的静态成员变量值
System.out.println("one.stat="+one.stat);
System.out.println("two.stat="+two.stat);
//再通过类来显示静态变量的值
System.out.println("staticVar.stat="+staticVar.stat);
}
}

程序3.18输出结果如下：
staticVar.stat=100
one.stat=300
two.stat=300
staticVar.stat=300
从上述结果中可以看到，静态变量stat是一个公共变量，无论哪个对象改变了它的值，对其他所有该类对象都有效。静态变量的一个重要作用是当作同类各个对象之间传递信息使用，类似于C语言中的全局变量。但这样破坏了数据的封装原则，往往会留下隐患，所以使用这类变量时需要万分谨慎。
静态变量的另一个用途是定义静态常量，比如：
public static double PI = 3.1415926;
这样的静态常量可以无需创建对象就直接使用，省略了创建对象的步骤，类似于C语言中用define定义的常量。这样定义常量，不仅使用方便，而且节省内存空间。在JDK中，存在着大量的这种静态常量。
%说明：本节中所有的成员变量的类型都是基本类型，其实它们也都可以是复合类型，比如数组、类、接口等类型。