Statické proměnné a metody

Tomáš Pitner, upravil Marek Šabo
tomp@fi.muni.cz

Úvod

Se statickou metodou jsme se setkali už u úplně prvního programu - Hello, world!

public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello World!");
  }
}

public reprezentuje viditelnost — metoda je veřejná
void reprezentuje návratový typ — nic nevrací
Co reprezentuje static?
Metoda static v Javě (jinde může být chápáno jinak) říká, že metoda nepotřebuje pro své fungování žádný konkrétní existující objekt, s nímž by pracovala
To přesně potřebujeme u main, neboť žádný objekt dosud nemáme

Dosud byly nestatické metody a atributy

Dosud jsme zmiňovali atributy (proměnné) a metody objektu.
Jméno (atribut String name) patří přímo jedné osobě
Metoda toString vrátí Person jméno této osoby

public class Person {
  private String name; // name of this person
  ...
  public String toString() {
    return "Person " + name; // returns name of this person
  }
}

Jak fungují statické metody a atributy

Lze deklarovat také metody a proměnné patřící celé třídě, tj. všem objektům třídy.
Taková proměnná (nebo metoda) existuje pro jednu třídu jen jednou.
Označujeme ji static.

Použití statických metod

Chceme metodu max, která vrací maximální hodnotu dvou čísel
K tomu žádné objekty nepotřebujeme
Uděláme ji jako statickou

public class Calculate {
  public static int max(int a, int b) {
    if (a > b) return a;
    return b;
  }
}

Jde i jako nestatická?

Ano, takto. Vynecháme static.

public class Calculate {
  public int max(int a, int b) {
    if (a > b) return a;
    return b;
  }
}

Na spuštění max budu nyní potřebovat objekt třídy Calculate

Calculate c = new Calculate();
int max = c.max(1, 2); // method needs an object `c`

Ovšem ten objekt c je tam úplně k ničemu, s žádnými jeho atributy se nepracuje a ani žádné nemá

Řešení

Uděláme metodu statickou.
Pak metoda patří celé třídě a zavoláme ji názvem třídy bez konkrétního objektu

public class Calculate {
  public static int max(int a, int b) {
    if (a > b) return a;
    return b;
  }
}
...
int m = Calculate.max(1, 2);

Zpříjemnění použití statických metod

Někdy v kódu často používáme statické metody určité třídy, např. naše Calculator.max
Pro kratší zápis lze pak využít deklaraci import static dané metody
nebo všech metod přes *, např.

import static cz.muni.fi.pb162.Calculator.*;
...
int m = max(1, 2);

Typické použití statických metod

Velmi často se používají v obdobných situacích, jako výše uvedené max
Tzn. jednoduše pro implementaci funkce, která nevyužívá žádné atributy (data objektu), pouze dostane vstupy a něco vrátí
Pak ani logicky žádný objekt nepotřebuje
Příklady: metody třídy java.util.Arrays

Statické proměnné (atributy třídy)

Doposud jsem měli pouze proměnné (atributy) patřící konkrétnímu objektu
Např. ve třídě Person, která reprezentuje člověka, má každý člověk své (obvykle i odlišné) jméno
Někdy je ale situace, kdy pro celou třídu stačí určitý údaj jenom jednou
Příklad: chceme jsi pamatovat, kolik lidí se nám během chodu programu vytvořilo
Jak to udělat?

Počítaní lidí

Vytvoříme statickou proměnnou peopleCount a každý člověk ji při svém vzniku zvýší o jedna.

public class Person {
   private String name;
   private static int peopleCount = 0;
   public Person(String name) {
      this.name = name;
      peopleCount++;
   }
   public static int howManyPeople() {
      return peopleCount;
   }
}

Logicky na vrácení počtu lidí stačí statická metoda howManyPeople()

Počítaní lidí II

Použití bude vypadat následovně

Person.howManyPeople(); // 0
Person jan = new Person("Jan");
Person.howManyPeople(); // 1
Person anna = new Person("Anna");
Person.howManyPeople(); // 2

TIP: Více informací: Java tutorial — Class variables

Voláni statické metody

Můžeme volat statickou metodu nad konkrétním objektem (instancí) dané třídy?

Person anna = new Person("Anna");
anna.howManyPeople();

Ano, není to problém.
Přes třídu Person je to však správnější.

Voláni nestatické metody

Můžeme volat nestatickou metodu jako statickou?

Person.getName();

Logicky ne!
Co by mohlo volání Person.getName() vrátit? Nedává to smysl.
Jde nám přece o jméno konkrétního člověka, tj. atribut v konkrétním objektu Person
Atribut name se nastaví až při zavolání konstruktoru

Přístup ze statické metody k nestatickému atributu?

Obdobně platí pro atributy, tj. NELZE toto:

public class NonStaticTest {
  private int count = 0;
  public static void main(String args[]) {
    count++; // compiler error
  }
}

Java ohlásí při překladu chybu: non-static variable count cannot be referenced from a static context.
Metoda main je statická — může používat pouze statické metody a proměnné.

Přístup k nestatickému atributu

Jedině po vytvoření konkrétní instance:

public class NonStaticTest {
  private int count = 0;
  public static void main(String args[]) {
    NonStaticTest test = new NonStaticTest();
    test.count++;
  }
}

NOTE: Všimněte si, že ve třídě mohu vytvořit objekt té stejné třídy.
Dalším řešením by bylo udělat count statický.

Problémy se statickými metodami? NE

Ano, použití static není tak prosté, jak jsme dosud prezentovali :-)
Statické metody většinou problém nejsou
Jednoduše slouží k realizaci nějaké činnosti, které stačí předané vstupy (parametry) a která nepotřebuje žádný "svůj" objekt s atributy
Důkazem je řada použití statických metod v Java Core API, kde jsou třídy, které mají jen statické metody
Takovým třídám se říká utility classes (jakési "účelové" třídy)

Problémy se statickými proměnnými? ANO

U statických proměnných je to složitější
Jejich použití musí být hodně dobře zdůvodněné
Opravdu potřebujeme danou hodnotu pro danou třídu právě jednou???
Nestane se dobudoucna, že jich budeme potřebovat více???

Možné řešení — singleton

Velmi často je daleko lepší aplikovat návrhový vzor singleton (jedináček)
Tj. vyrobit si třídu, která bude soustřeďovat (jako nestatické atributy) ta data, která jsme nechtěli dávat do ostatních tříd
Např. náš výše uvedený počet osob, kromě toho i další údaje, např. nějaký další souhrn za všechny osoby, třeba proměrný plat, věk…
U singletonu musíme zajistit, aby objekt existoval nejvýše jedenkrát, a to jakmile ho potřebujeme.
Musíme tedy zabránit přímému vytváření objektů zvnějšku pomocí new.
Na získání instance zvnějšku se pak použije volání statické metody, obvykle něco jako getInstance().

Příklad singletonu

public class PersonCounter {
   // here will be the singleton instance (object)
   private static PersonCounter counter = null;
   private int peopleCount = 0;
   // "private" prevents creation of instance via new PersonCounter()
   private PersonCounter() {}
   // creates the singleton unless it exists
   public static PersonCounter getInstance() {
      if(counter == null) {
         counter = new PersonCounter();
      }
      return counter;
   }
   public void addPerson() {
      peopleCount++;
   }
   public int howManyPeople() {
      return peopleCount;
   }
}

Import statických prvků

Už jsme ukázali výše, že statické třídy i metody můžeme importovat:

import static java.lang.System.out;
public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    out.println("Hello World!");
  }
}

relevantní pouze pro statické metody a proměnné
vhodně použitelné pro některé věci z Java Core API, např. Math
TIP: Více informací: Wikipedia:Static import

Problémy importu statických prvků

import static java.lang.System.out;
// developer is reading the code
out.println("Hello World!"); // what is out?
// few lines above:
PrintStream out;
// ahh ok, I thought it was System.out

Takže někdy pak nevíme, jestli jde o statický import a nebo jen o lokální proměnnou/metodu.
A jakmile něco nevíme na první pohled, JE TO ŠPATNĚ! :-)

← →