4.4　静态变量和静态方法

如果成员变量用static修饰，则该变量称为静态变量或类变量（class variable），否则称为实例变量（instance variable）。如果成员方法用static修饰，则该方法称为静态方法或类方法（class method），否则称为实例方法（instance method）。

4.4.1　静态变量

实例变量和静态变量的区别是：在创建类的对象时，Java运行时系统为每个对象的实例变量分配一块内存，然后可以通过该对象来访问该实例变量。不同对象的实例变量占用不同的存储空间，因此它们是不同的。而对于静态变量，Java运行且系统在类装载时为这个类的每个静态变量分配一块内存，以后再生成该类的对象时，这些对象将共享同名的静态变量，每个对象对静态变量的改变都会影响到其他对象。

下面的Counter类定义了一个静态变量y。

程序4.5　Counter.java

这里变量x是实例变量，y是静态变量。这意味着在任何时刻不论有多少个Counter类的对象都只有一个y。可能有一个、多个甚至没有Counter类的实例，总是只有一个y。静态变量y在类Counter被装载时就分配了空间。

对于静态变量通常使用类名访问，如下所示：

可以通过实例名访问静态变量，但这种方法可能产生混乱的代码，不推荐通过实例访问静态变量。下面代码说明了原因。

如果忽略了y是静态变量，可能认为c1.y的结果为100，实际上它的值为200，因为c1.y和c2.y引用的是同一个变量。

通常，static与final一起使用来定义类常量。例如，Java类库中的Math类中就定义了两个类常量：

可以通过类名直接使用这些常量。例如，下面语句可输出半径为10的圆的面积：

Java类库的System类中也定义了三个静态变量，分别是in、out和err，它们分别表示标准输入设备（通常是键盘）、标准输出设备（通常是显示器）和标准错误输出设备。

4.4.2　静态方法

静态方法和实例方法的区别是：静态方法属于类，它只能访问静态变量。实例方法可以对当前的实例变量进行操作，也可以对静态变量进行操作。静态方法通常用类名调用，也可以用实例变量调用，实例方法必须由实例来调用。注意，在静态方法中不能使用this和super关键字。

请看下面的程序。

程序4.6　SomeClass.java

这里，display()方法是静态的，可以访问类的静态成员y。但它不能访问x，因为x是实例变量，因此程序中后两行会导致编译器错误。因为x是非静态的，所以它必须通过实例访问。编译器的错误消息为：

通常使用类名访问静态方法。例如：

关于类的静态成员和实例成员总结如下：实例方法可以调用实例方法和静态方法，以及访问实例变量和静态变量。静态方法可以调用静态方法以及访问静态变量。静态方法不能调用实例方法或访问实例变量，因为静态方法和静态变量不属于某个特定对象。静态成员和实例成员的关系如图4-6所示。

在Java类库中也有许多类的方法定义为静态方法，因此可以使用类名调用。例如，Math类中定义的方法都是静态方法，下面是求随机数方法的定义：

从类成员的特性可以看出，可以用static来定义全局变量和全局方法。由于类成员仍然封装在类中，与C和C++相比，Java可以限制全局变量和全局方法的使用范围而防止冲突。

由于可以从类名直接访问静态成员，所以访问静态成员前不需要对它所在的类进行实例化。作为应用程序执行入口点的main()方法必须用static来修饰，也是因为Java运行时系统在开始执行程序前并没有生成类的一个实例，因此只能通过类名来调用main()方法开始执行程序。

4.4.3　单例模式

在Java类的设计中，有时希望一个类在任何时候只能有一个实例，这时可以将该类设计为单例模式（singleton）。要将一个类设计为单例模式，类的构造方法的访问修饰符应声明为private，然后在类中定义一个static方法，在该方法中创建类的对象。

程序4.7　Sun.java

程序输出结果为：

程序中将构造方法定义为private，外部不能直接使用构造方法创建Sun的实例，而必须通过getInstance()方法或INSTANCE常量返回唯一的实例。

4.4.4　递归

递归（recursion）是解决复杂问题的一种常见方法。其基本思想就是把问题逐渐简单化，最后实现问题的求解。例如，求正整数n的阶乘n!，就可以通过递归实现。n!可按递归定义如下：

按照上述定义，要求出n的阶乘，只要先求出n−1的阶乘，然后将其结果乘以n。同理，要求出n−1的阶乘，只要求出n−2的阶乘即可。当n为0时，其阶乘为1。这样计算n!的问题就简化为计算(n−1)!的问题，应用这个思想，n可以一直递减到0。

Java语言支持方法的递归调用。所谓方法的递归调用就是方法自己调用自己。设计算n!的方法为factor(n)，则该算法的简单描述如下：

下面是完整的程序。

程序4.8　RecursionDemo.java

程序的运行结果为：