构造时成员初始化的陷阱

转自：http://coolshell.cn/articles/1106.html

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让我们先来看一段代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SubClass subClass = new SubClass();
        System.out.println(subClass.whenAmISet);
    }
}

class ParentClass {
    ParentClass() {
        print();
    }

    void print() {
        System.out.println("I'm ParentClass");
    }
}

class SubClass extends ParentClass {
    public String whenAmISet = "set when declared";

    // SubClass() {
    // super();
    // }

    @Override
    void print() {
        System.out.println("I'm SubClass");
        whenAmISet = "set in print()";
    }
}

在继续往下阅读之前，请先给自己一些时间想一下上面的这段程序的输出是什么？是的，这看起来的确相当简单，甚至不需要编译和运行上面的代码，我们也应该知道其答案，那么，你觉得你知道答案吗？你确定你的答案正确吗？

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很多人都会觉得那段程序的输出应该是“set in print()”，这是因为当子类SubClass 的构造函数被调用时，其会隐晦地调用其基类ParentClass的构造函数（通过super()函数），于是基类ParentClass的构造函数会调用print() 函数，因为这个类的实例是SubClass的，而且在子类SubClass中对这个函数使用了override关键字，所以，实际上调用到的是：SubClass.print()，而这个方法设置了whenAmISet 成员变量的值为：“set in print()”。

当然，上面的结论是错误的。如果你编译并运行这个程序，你会发现，程序实际输出的是“set when declared ”。怎么为这样呢？难道是基类ParentClass 的print() 方法被调用啦？也不是！你可以在基类的print中输出点什么看看，你会发现程序运行时，ParentClass.print()并没有被调用到（不然这对于Java所有的应用程序将会是一个极具灾难性的Bug）。

其实，代码的输出是：

I'm SubClass
set when declared

虽然上面的结论是错误的，但推导过程是合理的，只是不完整，下面是整个运行的流程：

1. 进入SubClass 构造函数。
2. SubClass 成员变量的内存被分配。
3. ParentClass 构造函数被隐含调用。
4. ParentClass 构造函数调用print()。
5. SubClass 的print 设置whenAmISet 值为 “set in print()”。
6. SubClass 的成员变量初始化被调用。
7. 执行SubClass 构造函数体。

等一等，这怎么可能？在第6步，SubClass 成员的初始化居然在 print() 调用之后？是的，正是这样，我们不能让成员变量的声明和初始化变成一个原子操作，虽然在Java中我们可以把其写在一起，让其看上去像是声明和初始化一体。但这只是假象，我们的错误就在于我们把Java中的声明和初始化看成了一体。在C++的世界中，C++并不支持成员变量在声明的时候进行初始化，其需要你在构造函数中显式的初始化其成员变量的值，看起来很土，但其实C++用心良苦。

在面向对象的世界中，因为程序以对象的形式出现，导致了我们对程序执行的顺序雾里看花。所以，在面向对象的世界中，程序执行的顺序相当的重要。

下面是对上面各个步骤的逐条解释。

1. 进入构造函数。
2. 为成员变量分配内存。
3. 除非你显式地调用super()，否则Java 会在子类的构造函数最前面偷偷地插入super() 。
4. 调用父类构造函数。
5. 调用print，因为被子类override，所以调用的是子类的。
6. 于是，初始化发生在了print()之后。这是因为，Java需要保证父类的初始化早于子类的成员初始化，否则，在子类中使用父类的成员变量就会出现问题。
7. 正式执行子类的构造函数（当然这是一个空函数，虽然我们没有声明）。

你可以查看《Java语言的规格说明书》中的相关章节来了解更多的Java创建对象时的细节。

C++的程序员应该都知道，在C++的世界中在“构造函数中调用虚函数”是不行的，Effective C++ 条款9：Never call virtual functions during construction or destruction，Scott Meyers已经解释得很详细了。

在语言设计的时候，“在构造函数中调用虚函数”是个两难的问题。

1. 如果调用的是父类的函数的话，这个有点违反虚函数的定义。
2. 如果调用的是子类的函数的话，这可能产生问题的：因为在构造子类对象的时候，首先调用父类的构造函数，而这时候如果去调用子类的函数，由于子类还没有构造完成，子类的成员尚未初始化，这么做显然是不安全的。

C++选择了第一种，而Java选择了第二种。

1. C++类的设计相对比较简陋，通过虚函数表来实现，缺少类的元信息。
2. 而Java类的则显得比较完整，有super指针来导航到父类。