Блок инициализации

Блок инициализации (initialization block) — понятие в объектно-ориентированном программировании, в основном известное из языка Java, которое представляет собой последовательность команд, выполняемых при создании (загрузке) классов и объектов. Разработано, чтобы значительно увеличить мощность конструктора. Существуют два типа: статический блок инициализации, обычно называемый для краткости статический блок (static block), и динамический блок инициализации (instance block).

Мотивация

При создании объекта выполняются различные команды, указанные в конструкторе. Иногда возникает необходимость расширения возможностей синтаксиса. Как правило, динамический блок существует только для удобства — он может быть легко заменен путем добавления функции загрузки и ее вызова из каждого конструктора. Однако статический блок в значительной степени увеличивает функциональность программы и поэтому используется намного чаще.

Статический блок инициализации

Статический блок — это, в сущности, конструктор для всего класса. Его синтаксис:

...
static {
	// Static block code
}
...

Он ставится между определениями полей и функциями класса. Команды будут выполняться в одном из двух случаев, том, который наступит раньше:

1. При создании первого объекта класса в процессе работы программы, перед запуском конструктора.
2. При первом вызове статической функции, перед выполнением.

То есть код выполняется при первой загрузке класса. В предлагаемом примере нужно создать класс, моделирующий автомобили, произведённые конкретной компанией, и сопровождающий их в целях отслеживания остальной части их существования, включая ситуацию в данный момент времени, владельцев, историю ремонта и т. д. Каждый объект — это автомобиль, а в классе есть статическое поле, которое содержит базу данных всех автомобилей. Основано на структуре map, когда ключ — это модель автомобиля, а содержание — группа автомобилей этой модели. Следующий код демонстрирует использование статического блока инициализации:

public class Car {
	static Map<String, Set<Car>> catalog;
	static {
		catalog = new HashMap<String, Set<Car>>();
		catalog.put("model105", new HashSet<Car>());
		catalog.put("model125", new HashSet<Car>());
		catalog.put("model140", new HashSet<Car>());
		catalog.put("model201", new HashSet<Car>());
	}
	public Car (String model) {
		catalog.get(model).add(this);
		// ...
	}
	// ...
}

Строку 4 можно легко присоединить к строке 2, без необходимости в статическом блоке. Однако строки 5—8 показывают потребность в нём — возможность выполнять сложные команды на уровне класса, которые на уровне объекта появились бы в конструкторе.

Динамический блок инициализации

Динамический блок представляет собой дополнение к конструктору. Его синтаксис:

...
{
	// Instance block code
}
...

Он ставится между определениями полей и функциями класса. Команды будут выполняться при создании объекта. Динамический блок — это добавка для упрощения написания конструктора, и он не приносит дополнительной функциональности. Он позволяет сэкономить создание функции запуска и добавление её вызова из всех конструкторов. Например, фрагмент кода:

public class Car {
	static int count = 0;
	public Car (String model) {
		init();
		// ...
	}
	public Car (String model, Double price) {
		init();
		// ...
	}

	private void init() {
		count++;
		System.out.println("Hello everyone, we have " + count + " cars now!");
	}
	// ...
}

равнозначен коду:

public class Car {
	static int count = 0;
	public Car (String model) {
		// ...
	}
	public Car (String model, Double price) {
		// ...
	}

	{
		count++;
		System.out.println("Hello everyone, we have " + count + " cars now!");
	}
	// ...
}

Порядок выполнения загрузки

При разработке языка Java был установлен постоянный порядок действий при загрузке. Во время загрузки класса порядок выглядит следующим образом:

1. Определения статических полей родительских классов.
2. Инициализация статических полей и выполнение статических блоков родительских классов.
3. Определения статических полей класса.
4. Инициализация статических полей и выполнение статических блоков класса.

Затем, при создании объекта, порядок выглядит следующим образом:

1. Определения полей объекта из родительских классов.
2. Инициализация полей и выполнение динамических блоков из родительских классов.
3. Выполнение конструкторов из родительских классов.
4. Определения полей объекта из его класса.
5. Инициализация полей и выполнение динамических блоков из его класса.
6. Выполнение конструктора из его класса.

Когда существует цепочка предков, все действия выполняются сначала для самого дальнего предка (класс Object), а затем вниз по цепочке в том же порядке до текущего класса.

При наличии более чем одного типа в одном и том же разделе выше, действия выполняются в порядке появления в программе. Например, следующий код:

public class T {
	static int i = 5;
	static {
		i = 10;
	}
	static {
		i = i * 3;
	}
}

присваивает в каждом объекте переменной i значение 30. Но код:

public class T {
	static {
		i = 10;
	}
	static int i = 5;
	static {
		i = i * 3;
	}
}

присваивает значение 15. То есть, вначале создается поле, а потом все действия выполняются в порядке, указанном в программе — первый блок, затем инициализация поля, затем второй блок.

Возможные проблемы

Использование переменной до её определения

Вопреки тому, что можно ожидать, следующий код:

public class T {
	static {
		i = 5;
		i = i + 1;
	}
	static int i = 5;
}

не пройдёт компиляцию в строке 4 на том основании, что правая переменная i была использована, прежде чем она была определена, несмотря на то что строка 3 пройдёт компиляцию и выполнится без проблем, несмотря на то что левая i в строке 4 не вызывает ошибку, и несмотря на то что во время работы при достижении начала строки 4 переменная была определена и получила значение. Это происходит потому, что размещение переменных (например, в строке 3) проверяется по списку переменных, определённых на данный момент в процессе выполнения программы, включая все статические поля, а использование такой переменной проверяется по местоположению определения.

Локальная статическая переменная

Вопреки тому, что можно ожидать, следующий код:

public class T {
	static {
		int i = 10;
	}
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(i);
	}
}

не пройдёт компиляцию в строке 6 на том основании, что переменная не определена, потому что определение переменной в статическом блоке не создает статическую переменную, а только локальную переменную в этом блоке. То есть код static {int i = 10;} не равнозначен коду static int i = 10;.

См. также

• Информатика
• Объектно-ориентированное программирование
• Статическая переменная
• Конструктор
• Финализатор
• Деструктор
• Конструктор копирования

Ссылки

• Initialization blocks, constructors and their order of execution, JavaGeek.com, 2013.
• Instance Initializer block in java, Tutorialspoint examples.
• Static Blocks in Java, JusForTechies.