Java的静态/动态绑定

今天看到《Java核心技术I》书上的动态绑定,意思就是当子类和父类存在同一个方法,子类重写了父类的方法,程序在运行时调用方法是调用父类的方法还是子类的重写方法呢?程序会在运行的时候自动选择调用某个方法(根据方法表)。
看完这里不由自主的想到,有动态肯定也就有静态吧,于是去求助了下google,首先看了下什么是绑定:
绑定指的是一个方法的调用与方法所在的类(方法主体)关联起来。对java来说,绑定分为静态绑定和动态绑定;或者叫做前期绑定和后期绑定。

然后我们分别看看两者之间含义以及差别

动态绑定:在运行时根据具体对象的类型进行绑定。若一种语言实现了后期绑定,同时必须提供一些机制,可在运行期间判断对象的类型,并分别调用适当的方法。也就是说,编译器此时依然不知道对象的类型,但方法调用机制能自己去调查,找到正确的方法主体。不同的语言对后期绑定的实现方法是有所区别的。但我们至少可以这样认为:它们都要在对象中安插某些特殊类型的信息。

动态绑定的过程

虚拟机提取对象的实际类型的方法表;–>
虚拟机搜索方法签名;–>
调用方法。

静态绑定:在程序执行前方法已经被绑定(也就是说在编译过程中就已经知道这个方法到底是哪个类中的方法),此时由编译器或其它连接程序实现。针对java,可以简单的理解为程序编译期的绑定;这里要特别说明一点,java当中的方法只有final,static,private和构造方法是前期绑定。

差别:其实上述解释可以看出很多东西了。

(1)静态绑定发生在编译时期,动态绑定发生在运行时

(2)使用private或static或final修饰的变量或者方法,使用静态绑定。而虚方法(可以被子类重写的方法)则会根据运行时的对象进行动态绑定。

(3)静态绑定使用类信息来完成,而动态绑定则需要使用对象信息来完成。

(4)重载(Overload)的方法使用静态绑定完成,而重写(Override)的方法则使用动态绑定完成。

下面开始代码测试

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public class Test {
public static void main(String[] args) {
String str = new String();
Lee lee = new Lee();
lee.say(str);
}
static class Lee {
public void say(Object obj) {
System.out.println("这是个Object");
}
public void say(String str) {
System.out.println("这是个String");
}
}
}

执行结果

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$ java Test
这是个String

在上面的代码中,lee方法存在两个重载的实现,一个是接收Object类型的对象作为参数,另一个则是接收String类型的对象作为参数。而str是一个String对象,所有接收String类型参数的call方法会被调用。而这里的绑定就是在编译时期根据参数类型进行的静态绑定。

接着我们反编译验证一下:

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javap -c Test    
Compiled from "Test.java"
public class CoreJava.day_2.Test {
public CoreJava.day_2.Test();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return

public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #2 // class java/lang/String
3: dup
4: invokespecial #3 // Method java/lang/String."<init>":()V
7: astore_1
8: new #4 // class CoreJava/day_2/Test$Lee
11: dup
12: invokespecial #5 // Method CoreJava/day_2/Test$Lee."<init>":()V
15: astore_2
16: aload_2
17: aload_1
18: invokevirtual #6 // Method CoreJava/day_2/Test$Lee.call:(Ljava/lang/String;)V
21: return
}

看到了这一行18: invokevirtual #6 // Method CoreJava/day_2/Test$Lee.call:(Ljava/lang/String;)V确实是发生了静态绑定,确定了调用了接收String对象作为参数的say方法。

现在可以改写一下

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public class Test{
public static void main(String[] args) {
String str = new String();
Lee lee = new SecLee();
lee.say(str);
}

static class Lee {
public void say(String str) {
System.out.println("这是个String");
}
}

static class SecLee extends Lee {
@Override
public void say(String str) {
System.out.println("这是第二李的String");
}
}
}

结果为

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$ java Test
这是第二李的String

上面,用SecLee继承了Lee,并且重写了say方法。我们声明了一个Lee类型的变量lee,但是这个变量指向的是他的子类SecLee。根据结果可以看出,其调用了SecLee的say方法实现,而不是Lee的say方法。这一结果的产生的原因是因为在运行时发生了动态绑定,在绑定过程中需要确定调用哪个版本的say方法实现。

再看看反编译的结果

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javap -c Test
警告: 二进制文件Test包含CoreJava.day_2.Test
Compiled from "Test.java"
public class CoreJava.day_2.Test {
public CoreJava.day_2.Test();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return

public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #2 // class java/lang/String
3: dup
4: invokespecial #3 // Method java/lang/String."<init>":()V
7: astore_1
8: new #4 // class CoreJava/day_2/Test$SecLee
11: dup
12: invokespecial #5 // Method CoreJava/day_2/Test$SecLee."<init>":()V
15: astore_2
16: aload_2
17: aload_1
18: invokevirtual #6 // Method CoreJava/day_2/Test$Lee.say:(Ljava/lang/String;)V
21: return
}

正如上面的结果,18: invokevirtual #6 // Method CoreJava/day_2/Test Lee.say:(Ljava/lang/String;)V这里是TestLee.say而非Test$SecLee.say,因为编译期无法确定调用子类还是父类的实现,所以只能丢给运行时的动态绑定来处理。

既然重写测试了,那我们再试试重载

下面的例子更复杂!Lee类中存在say方法的两种重载,更复杂的是SecLee集成Lee并且重写了这两个方法。其实这种情况是上面两种情况的复合情况。
下面的代码首先会发生静态绑定,确定调用参数为String对象的say方法,然后在运行时进行动态绑定确定执行子类还是父类的say实现。

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public class Test {
public static void main(String[] args) {
String str = new String();
Lee lee = new SecLee();
lee.say(str);
}

static class Lee {
public void say(Object obj) {
System.out.println("这是Object");
}

public void say(String str) {
System.out.println("这是String");
}
}

static class SecLee extends Lee {
@Override
public void say(Object obj) {
System.out.println("这是第二李的Object");
}

@Override
public void say(String str) {
System.out.println("这是第二李的String");
}
}
}

结果:

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$ java Test
这是第二李的String

结果在意料之中,就不多说了。

那么问题来了,非动态绑定不可么?
其实某些方法的绑定也可以由静态绑定实现,比如说:

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public static void main(String[] args) {
String str = new String();
final Lee lee = new SecLee();
lee.say(str);
}

可以看出,这里lee持有SecLee的对象并且lee变量为final,立即执行了say方法,编译器理论上通过足够的分析代码,是可以知道应该调用SecLee的say方法。

结论:
由于动态绑定需要在运行时确定执行哪个版本的方法实现或者变量,比起静态绑定起来要耗时,所以正如书上所说的,有些程序员认为,除非有足够的理由使用多态性,应该把所有的方法都声明为final,private或者static进行修饰。我觉得这个有点偏激了,具体使用仁者见仁,智者见智吧。

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