2.2 所有对象都必须创建

创建句柄时,我们希望它同一个新对象连接。通常用new关键字达到这一目的。new的意思是:“把我变成这些对象的一种新类型”。所以在上面的例子中,可以说:

String s = new String("asdf");

它不仅指出“将我变成一个新字串”,也通过提供一个初始字串,指出了“如何生成这个新字串”。 当然,字串(String)并非唯一的类型。Java配套提供了数量众多的现成类型。对我们来讲,最重要的就是记住能自行创建类型。事实上,这应是Java程序设计的一项基本操作,是继续本书后余部分学习的基础。

2.2.1 保存到什么地方

程序运行时,我们最好对数据保存到什么地方做到心中有数。特别要注意的是内存的分配。有六个地方都可以保存数据:

(1) 寄存器。这是最快的保存区域,因为它位于和其他所有保存方式不同的地方:处理器内部。然而,寄存器的数量十分有限,所以寄存器是根据需要由编译器分配。我们对此没有直接的控制权,也不可能在自己的程序里找到寄存器存在的任何踪迹。

(2) 堆栈。驻留于常规RAM(随机访问存储器)区域,但可通过它的“堆栈指针”获得处理的直接支持。堆栈指针若向下移,会创建新的内存;若向上移,则会释放那些内存。这是一种特别快、特别有效的数据保存方式,仅次于寄存器。创建程序时,Java编译器必须准确地知道堆栈内保存的所有数据的“长度”以及“存在时间”。这是由于它必须生成相应的代码,以便向上和向下移动指针。这一限制无疑影响了程序的灵活性,所以尽管有些Java数据要保存在堆栈里——特别是对象句柄,但Java对象并不放到其中。

(3) 堆。一种常规用途的内存池(也在RAM区域),其中保存了Java对象。和堆栈不同,“内存堆”或“堆”(Heap)最吸引人的地方在于编译器不必知道要从堆里分配多少存储空间,也不必知道存储的数据要在堆里停留多长的时间。因此,用堆保存数据时会得到更大的灵活性。要求创建一个对象时,只需用new命令编制相关的代码即可。执行这些代码时,会在堆里自动进行数据的保存。当然,为达到这种灵活性,必然会付出一定的代价:在堆里分配存储空间时会花掉更长的时间!

(4) 静态存储。这儿的“静态”(Static)是指“位于固定位置”(尽管也在RAM里)。程序运行期间,静态存储的数据将随时等候调用。可用static关键字指出一个对象的特定元素是静态的。但Java对象本身永远都不会置入静态存储空间。

(5) 常数存储。常数值通常直接置于程序代码内部。这样做是安全的,因为它们永远都不会改变。有的常数需要严格地保护,所以可考虑将它们置入只读存储器(ROM)。

(6) 非RAM存储。若数据完全独立于一个程序之外,则程序不运行时仍可存在,并在程序的控制范围之外。其中两个最主要的例子便是“流式对象”和“固定对象”。对于流式对象,对象会变成字节流,通常会发给另一台机器。而对于固定对象,对象保存在磁盘中。即使程序中止运行,它们仍可保持自己的状态不变。对于这些类型的数据存储,一个特别有用的技巧就是它们能存在于其他媒体中。一旦需要,甚至能将它们恢复成普通的、基于RAM的对象。Java 1.1提供了对Lightweight persistence的支持。未来的版本甚至可能提供更完整的方案。

2.2.2 特殊情况:主要类型

有一系列类需特别对待;可将它们想象成“基本”、“主要”或者“主”(Primitive)类型,进行程序设计时要频繁用到它们。之所以要特别对待,是由于用new创建对象(特别是小的、简单的变量)并不是非常有效,因为new将对象置于“堆”里。对于这些类型,Java采纳了与C和C++相同的方法。也就是说,不是用new创建变量,而是创建一个并非句柄的“自动”变量。这个变量容纳了具体的值,并置于堆栈中,能够更高效地存取。

Java决定了每种主要类型的大小。就象在大多数语言里那样,这些大小并不随着机器结构的变化而变化。这种大小的不可更改正是Java程序具有很强移植能力的原因之一。

主类型 大小 最小值 最大值 封装器类型
boolean 1-bit Boolean
char 16-bit Unicode 0 Unicode 216- 1 Character
byte 8-bit -128 +127 Byte[11]
short 16-bit -215 +215 – 1 Short1
int 32-bit -231 +231 – 1 Integer
long 64-bit -263 +263 – 1 Long
float 32-bit IEEE754 IEEE754 Float
double 64-bit IEEE754 IEEE754 Double
void Void1

①:到Java 1.1才有,1.0版没有。

数值类型全都是有符号(正负号)的,所以不必费劲寻找没有符号的类型。 主数据类型也拥有自己的“封装器”(wrapper)类。这意味着假如想让堆内一个非主要对象表示那个主类型,就要使用对应的封装器。例如:

char c = 'x';
Character C = new Character('c');

也可以直接使用:

Character C = new Character('x');

这样做的原因将在以后的章节里解释。

1. 高精度数字

Java 1.1增加了两个类,用于进行高精度的计算:BigInteger和BigDecimal。尽管它们大致可以划分为“封装器”类型,但两者都没有对应的“主类型”。

这两个类都有自己特殊的“方法”,对应于我们针对主类型执行的操作。也就是说,能对int或float做的事情,对BigInteger和BigDecimal一样可以做。只是必须使用方法调用,不能使用运算符。此外,由于牵涉更多,所以运算速度会慢一些。我们牺牲了速度,但换来了精度。

BigInteger支持任意精度的整数。也就是说,我们可精确表示任意大小的整数值,同时在运算过程中不会丢失任何信息。 BigDecimal支持任意精度的定点数字。例如,可用它进行精确的币值计算。

至于调用这两个类时可选用的构建器和方法,请自行参考联机帮助文档。

2.2.3 Java的数组

几乎所有程序设计语言都支持数组。在C和C++里使用数组是非常危险的,因为那些数组只是内存块。若程序访问自己内存块以外的数组,或者在初始化之前使用内存(属于常规编程错误),会产生不可预测的后果(注释②)。

②:在C++里,应尽量不要使用数组,换用标准模板库(Standard TemplateLibrary)里更安全的容器。

Java的一项主要设计目标就是安全性。所以在C和C++里困扰程序员的许多问题都未在Java里重复。一个Java可以保证被初始化,而且不可在它的范围之外访问。由于系统自动进行范围检查,所以必然要付出一些代价:针对每个数组,以及在运行期间对索引的校验,都会造成少量的内存开销。但由此换回的是更高的安全性,以及更高的工作效率。为此付出少许代价是值得的。

创建对象数组时,实际创建的是一个句柄数组。而且每个句柄都会自动初始化成一个特殊值,并带有自己的关键字:null(空)。一旦Java看到null,就知道该句柄并未指向一个对象。正式使用前,必须为每个句柄都分配一个对象。若试图使用依然为null的一个句柄,就会在运行期报告问题。因此,典型的数组错误在Java里就得到了避免。

也可以创建主类型数组。同样地,编译器能够担保对它的初始化,因为会将那个数组的内存划分成零。

数组问题将在以后的章节里详细讨论。

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