Java構造時成員初始化的陷阱

讓我們先來看兩個類：Base和Derived類。注意其中的whenAmISet成員變量，和方法preProcess()

public class Base
{
    Base() {
        preProcess();
    }

    void preProcess() {}
}

public class Derived extends Base
{
    public String whenAmISet = "set when declared";

    @Override void preProcess()
    {
        whenAmISet = "set in preProcess()";
    }
}

如果我們構造一個子類實例，那麼，whenAmISet 的值會是什麼呢？

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Derived d = new Derived();
        System.out.println( d.whenAmISet );
    }
}

再續繼往下閱讀之前，請先給自己一些時間想一下上面的這段程序的輸出是什麼？是的，這看起來的確相當簡單，甚至不需要編譯和運行上面的代碼，我們也應該知道其答案，那麼，你覺得你知道答案嗎？你確定你的答案正確嗎？

很多人都會覺得那段程序的輸出應該是“set in preProcess()”，這是因為當子類Derived 的構造函數被調用時，其會隱晦地調用其基類Base的構造函數（通過super()函數），於是基類Base的構造函數會調用preProcess() 函數，因為這個類的實例是Derived的，而且在子類Derived中對這個函數使用了override關鍵字，所以，實際上調用到的是：Derived.preProcess()，而這個方法設置了whenAmISet 成員變量的值為：“set in preProcess()”。

當然，上面的結論是錯誤的。如果你編譯並運行這個程序，你會發現，程序實際輸出的是“set when declared ”。怎麼為這樣呢？難道是基類Base 的preProcess() 方法被調用啦？也不是！你可以在基類的preProcess中輸出點什麼看看，你會發現程序運行時，Base.preProcess()並沒有被調用到（不然這對於Java所有的應用程序將會是一個極具災難性的Bug）。

雖然上面的結論是錯誤的，但推導過程是合理的，只是不完整，下面是整個運行的流程：

1. 進入Derived 構造函數。
2. Derived 成員變量的內存被分配。
3. Base 構造函數被隱含調用。
4. Base 構造函數調用preProcess()。
5. Derived 的preProcess 設置whenAmISet 值為 “set in preProcess()”。
6. Derived 的成員變量初始化被調用。
7. 執行Derived 構造函數體。

等一等，這怎麼可能？在第6步，Derived 成員的初始化居然在 preProcess() 調用之後？是的，正是這樣，我們不能讓成員變量的聲明和初始化變成一個原子操作，雖然在Java中我們可以把其寫在一起，讓其看上去像是聲明和初始化一體。但這只是假象，我們的錯誤就在於我們把Java中的聲明和初始化看成了一體。在C++的世界中，C++並不支持成員變量在聲明的時候進行初始化，其需要你在構造函數中顯式的初始化其成員變量的值，看起來很土，但其實C++用心良苦。

在面向對象的世界中，因為程序以對象的形式出現，導致了我們對程序執行的順序霧裡看花。所以，在面向對象的世界中，程序執行的順序相當的重要。

下面是對上面各個步驟的逐條解釋。

1. 進入構造函數。
2. 為成員變量分配內存。
3. 除非你顯式地調用super()，否則Java 會在子類的構造函數最前面偷偷地插入super() 。
4. 調用父類構造函數。
5. 調用preProcess，因為被子類override，所以調用的是子類的。
6. 於是，初始化發生在了preProcess()之後。這是因為，Java需要保證父類的初始化早於子類的成員初始化，否則，在子類中使用父類的成員變量就會出現問題。
7. 正式執行子類的構造函數（當然這是一個空函數，雖然我們沒有聲明）。

你可以查看《Java語言的規格說明書》中的 相關章節 來了解更多的Java創建對象時的細節。

C++的程序員應該都知道，在C++的世界中在“構造函數中調用虛函數”是不行的，Effective C++ 條款9：Never call virtual functions during construction or destruction，Scott Meyers已經解釋得很詳細了。

在語言設計的時候，“在構造函數中調用虛函數”是個兩難的問題。

1. 如果調用的是父類的函數的話，這個有點違反虛函數的定義。
2. 如果調用的是子類的函數的話，這可能產生問題的：因為在構造子類對象的時候，首先調用父類的構造函數，而這時候如果去調用子類的函數，由於子類還沒有構造完成，子類的成員尚未初始化，這麼做顯然是不安全的。

C++選擇了第一種，而Java選擇了第二種。

• C++類的設計相對比較簡陋，通過虛函數表來實現，缺少類的元信息。
• 而Java類的則顯得比較完整，有super指針來導航到父類。

最後，需要向大家推薦一本書，Joshua Bloch 和 Neal Gafter 寫的 Java Puzzlers: Traps, Pitfalls, and Corner Cases，中文版《JAVA解惑》。