Static 的意义与实作方式

「将某 class 产生出一个 instance 之后，此 class 所有的 instance field 都会新增一份，那么所有的 instance method 是否也会新增一份？」我常常看到网路上有人在讨论此问题，所以写了这篇文章，以为解释。

Member 的种类
类别（class）的内部组成统称为成员（member），如果依据成员是「资料」还是「程式」来区分，可以分成：

资料，被称为 field
程式，被称为 method
如果再依据有无使用static修饰而细分，则成员可细分成四种：

class field：有用static修饰的field
class method：有用static修饰的method
instance field：没有用static修饰的field
instance method：没有用static修饰的method
顾名思义，class field/method和class本身有密切的关系，而instance field/method则与instance（也就是物件）有密切的关系。请看下面的范例程式。

public class Class1 {

　public static int classField;

　public static void classMethod1() {

　 // ...
　}
　public static void classMethod2() {
　 // ...
　}
　public int instanceField;
　public void instanceMethod1() {
　 // ...
　}
　public void instanceMethod2() {
　 // ...
　}
}

public class Class2 {
　public static void classMethod () {
　 // ...
　}
　public void instanceMethod() {
　 // ...
　}
}

Field
宣告field时，如果前面加上static的修饰字，就会使得此field变成是class field。一个class field永远只占用一块记忆体，而且此记忆体空间是在此class一被载入（load）记忆体之后就立刻配置的（allocate），感觉就如同此field与该class本身相关，而不是与该class的instance相关。class field可以被同一个class的class method内部所直接使用，举例来说，上述的classMethod1()内部可以出现classField。如果Class1的class method或instance method欲使用到Class2的class field，就必须在前面冠上Class2，例如：Class2.classField。

宣告field时，如果前面「不」加上static的修饰字，就会使得此field变成是instance field。对instance field而言，每产生一个instance（物件）就多一块instance field的记忆体，每少一个instance就少一块instance field的记忆体。instance field可以被同一个instance的instance method内部所直接使用，举例来说，上述的instanceMethod1()内部可以出现instanceField。如果某class的class method或instance method欲使用到某instance的instance field，就必须在前面冠上instance名称，例如：obj.classField。

Method
宣告method时，如果前面加上static的修饰字，就会使得此method变成是class method。对class method而言，永远只占用一块记忆体，而且此记忆体空间是在此class一被载入进记忆体之后就立刻配置的，就如同此method是与该class本身相关，而不是与该class的instance相关。class method可以被同一个class的任何class method内部所直接使用，举例来说，上述的classMethod1()内部可以出现classMethod2()。如果Class1的class method或instance method欲使用到Class2的classMethod()，就必须在前面冠上Class2，也就是Class2.classMethod()。

宣告method时，如果前面「不」加上static的修饰字，就会使得此method变成是instance method。对instance method而言，每产生一个instance「并不会」多一块instance method的记忆体。同一个method不管被调用（invoke）几次，也不管被调用时的instance是何者，每次的程式码完全都一样，差别只在每次执行时资料不同，而资料是存放在call stack中，所以不会混淆。在instance method内，资料的来源包括了参数和instance field。参数被传进来变成call stack内的entry，所以不会混淆，这很容易理解，但是instance field是如何区隔开来的（前面刚提过：instance field会随着instance数目增加而增加），这是透过隐匿（implicit）的this参数来达到了，稍后会有说明。instance method可以被同一个instance的instance method内部所直接使用，举例来说，上述的instanceMethod1()内部可以出现instanceMethod2()。如果某class的class method或instance method欲使用到某instance的某instance method，就必须在前面冠上此instance名称，例如：obj.classMethod()。

隐匿的 this 参数
综合上面的叙述来看：

class field：共用一块记忆体
class method：共用一块记忆体
instance field：随着每个instance各有一块记忆体
instance method：共用一块记忆体
instance method为什么不是随着每个instance占有一块记忆体，反倒是共用一块记忆体？其实，让每个instance method如同instance field一样，随着每个instance占有一块记忆体，这么做当然是可以的，只是Java编译器和JVM都不这么做，因为太浪费记忆体空间了。一个field少则占用一个byte，多则占用数百Byte，但是method少则数个byte，多则数百Kilo Byte。Mehtod耗费的记忆体是field的数百倍，甚至数千倍，当然是能共用就尽量共用，比较不会消耗记忆体。既然JVM让一个class的所有instance共用相同的instance method，下面两行程式码在instanceMethod()内部时，如何区分是instance1或instance2？

instance1.instanceMethod();
instance2.instanceMethod();

因为编译器会帮我们在把instance1和instance2个别传入instanceMethod()中当作第一个参数。也就是说，任何instance method参数的实际个数都会比表面上多一个，这个多出来的参数是由Java编译器帮我们加上去的，用来代表对应的instance。此参数的变数名称为this，也是Java的一个关键字（keyword）。

当调用某个instance method或使用某个instance field时，你必须在前面加上该instance的名称，如果该instance method/field相关的instance和当时程式码所在的instance method的instance指的是同一个instance时，该instance的名称就是this，这种情况下，你也可以选择不在前面加上「this.」。

然而，在某些状况下，非得在前面加上「this.」不可。例如，当method中的参数或区域变数和instance field名称完全相同时，如果不在前面冠上「this.」，那么指的是参数或区域变数；如果在前面冠上「this.」，那么指的才是instance field。