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Java final修饰符详解

final 在 Java 中的意思是最终,也可以称为完结器,表示对象是最终形态的,不可改变的意思。final 应用于类、方法和变量时意义是不同的,但本质是一样的,都表示不可改变,类似 C# 里的 sealed 关键字。

使用 final 关键字声明类、变量和方法需要注意以下几点:
  • final 用在变量的前面表示变量的值不可以改变,此时该变量可以被称为常量。
  • final 用在方法的前面表示方法不可以被重写(子类中如果创建了一个与父类中相同名称、相同返回值类型、相同参数列表的方法,只是方法体中的实现不同,以实现不同于父类的功能,这种方式被称为方法重写,又称为方法覆盖。这里了解即可,教程后面我们会详细讲解)。
  • final 用在类的前面表示该类不能有子类,即该类不可以被继承。

final 修饰变量

final 修饰的变量即成为常量,只能赋值一次,但是 final 所修饰局部变量和成员变量有所不同。
  1. final 修饰的局部变量必须使用之前被赋值一次才能使用。
  2. final 修饰的成员变量在声明时没有赋值的叫“空白 final 变量”。空白 final 变量必须在构造方法或静态代码块中初始化。

注意:final 修饰的变量不能被赋值这种说法是错误的,严格的说法是,final 修饰的变量不可被改变,一旦获得了初始值,该 final 变量的值就不能被重新赋值。

public class FinalDemo {
    void doSomething() {
        // 没有在声明的同时赋值
        final int e;
        // 只能赋值一次
        e = 100;
        System.out.print(e);
        // 声明的同时赋值
        final int f = 200;
    }

    // 实例常量
    final int a = 5; // 直接赋值
    final int b; // 空白final变量
    // 静态常量
    final static int c = 12;// 直接赋值
    final static int d; // 空白final变量
    // 静态代码块
    static {
        // 初始化静态变量
        d = 32;
    }

    // 构造方法
    FinalDemo() {
        // 初始化实例变量
        b = 3;
        // 第二次赋值,会发生编译错误
        // b = 4;
    }
}
上述代码第 4 行和第 6 行是声明局部常量,其中第 4 行只是声明没有赋值,但必须在使用之前赋值(见代码第 6 行),其实局部常量最好在声明的同时初始化。代码第 13、14、16 和 17 行都声明成员常量。代码第 13 和 14 行是实例常量,如果是空白 final 变量(见代码第 14 行),则需要在构造方法中初始化(见代码第 27 行)。代码第 16 和 17 行是静态常量,如果是空白 final 变量(见代码第 17 行),则需要在静态代码块中初始化(见代码第 21 行)。

另外,无论是那种常量只能赋值一次,见代码第 29 行为 b 常量赋值,因为之前 b 已经赋值过一次,因此这里会发生编译错误。

final 修饰基本类型变量和引用类型变量的区别

当使用 final 修饰基本类型变量时,不能对基本类型变量重新赋值,因此基本类型变量不能被改变。 但对于引用类型变量而言,它保存的仅仅是一个引用,final 只保证这个引用类型变量所引用的地址不会改变,即一直引用同一个对象,但这个对象完全可以发生改变。

下面程序示范了 final 修饰数组和 Person 对象的情形。
import java.util.Arrays;

class Person {
    private int age;

    public Person() {
    }

    // 有参数的构造器
    public Person(int age) {
        this.age = age;
    }
    // 省略age的setter和getter方法
    // age 的 setter 和 getter 方法
}

public class FinalReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        // final修饰数组变量,iArr是一个引用变量
        final int[] iArr = { 5, 6, 12, 9 };
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 对数组元素进行排序,合法
        Arrays.sort(iArr);
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 对数组元素赋值,合法
        iArr[2] = -8;
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 下面语句对iArr重新赋值,非法
        // iArr = null;
        // final修饰Person变量,p是一个引用变量
        final Person p = new Person(45);
        // 改变Person对象的age实例变量,合法
        p.setAge(23);
        System.out.println(p.getAge());
        // 下面语句对P重新赋值,非法
        // p = null;
    }
}
从上面程序中可以看出,使用 final 修饰的引用类型变量不能被重新赋值,但可以改变引用类型变量所引用对象的内容。例如上面 iArr 变量所引用的数组对象,final 修饰后的 iArr 变量不能被重新赋值,但 iArr 所引用数组的数组元素可以被改变。与此类似的是,p 变量也使用了 final 修饰,表明 p 变量不能被重新赋值,但 p 变量所引用 Person 对象的成员变量的值可以被改变。

注意:在使用 final 声明变量时,要求全部的字母大写,如 SEX,这点在开发中是非常重要的。

如果一个程序中的变量使用 public static final 声明,则此变量将称为全局变量,如下面的代码:

public static final String SEX= "女";

final修饰方法

final 修饰的方法不可被重写,如果出于某些原因,不希望子类重写父类的某个方法,则可以使用 final 修饰该方法。

Java 提供的 Object 类里就有一个 final 方法 getClass(),因为 Java 不希望任何类重写这个方法,所以使用 final 把这个方法密封起来。但对于该类提供的 toString() 和 equals() 方法,都允许子类重写,因此没有使用 final 修饰它们。

下面程序试图重写 final 方法,将会引发编译错误。
public class FinalMethodTest {

    public final void test() {
    }
}

class Sub extends FinalMethodTest {

    // 下面方法定义将出现编译错误,不能重写final方法
    public void test() {
    }
}
上面程序中父类是 FinalMethodTest,该类里定义的 test() 方法是一个 final 方法,如果其子类试图重写该方法,将会引发编译错误。

对于一个 private 方法,因为它仅在当前类中可见,其子类无法访问该方法,所以子类无法重写该方法——如果子类中定义一个与父类 private 方法有相同方法名、相同形参列表、相同返回值类型的方法,也不是方法重写,只是重新定义了一个新方法。因此,即使使用 final 修饰一个 private 访问权限的方法,依然可以在其子类中定义与该方法具有相同方法名、相同形参列表、相同返回值类型的方法。

下面程序示范了如何在子类中“重写”父类的 private final 方法。
public class PrivateFinalMethodTest {
    private final void test() {
    }
}

class Sub extends PrivateFinalMethodTest {
    // 下面的方法定义不会出现问题
    public void test() {
    }
}
上面程序没有任何问题,虽然子类和父类同样包含了同名的 void test() 方法,但子类并不是重写父类的方法,因此即使父类的 void test() 方法使用了 final 修饰,子类中依然可以定义 void test() 方法。

final 修饰的方法仅仅是不能被重写,并不是不能被重载,因此下面程序完全没有问题。
public class FinalOverload {
    // final 修饰的方法只是不能被重写,完全可以被重载
    public final void test(){}
    public final void test(String arg){}
}

final修饰类

final 修饰的类不能被继承。当子类继承父类时,将可以访问到父类内部数据,并可通过重写父类方法来改变父类方法的实现细节,这可能导致一些不安全的因素。为了保证某个类不可被继承,则可以使用 final 修饰这个类。

下面代码示范了 final 修饰的类不可被继承。
final class SuperClass {
}
class SubClass extends SuperClass {    //编译错误
}
因为 SuperClass 类是一个 final 类,而 SubClass 试图继承 SuperClass 类,这将会引起编译错误。

final 修饰符使用总结

1. final 修饰类中的变量

表示该变量一旦被初始化便不可改变,这里不可改变的意思对基本类型变量来说是其值不可变,而对对象引用类型变量来说其引用不可再变。其初始化可以在两个地方:一是其定义处,也就是说在 final 变量定义时直接给其赋值;二是在构造方法中。这两个地方只能选其一,要么在定义时给值,要么在构造方法中给值,不能同时既在定义时赋值,又在构造方法中赋予另外的值。

2. final 修饰类中的方法

说明这种方法提供的功能已经满足当前要求,不需要进行扩展,并且也不允许任何从此类继承的类来重写这种方法,但是继承仍然可以继承这个方法,也就是说可以直接使用。在声明类中,一个 final 方法只被实现一次。

3. final 修饰类

表示该类是无法被任何其他类继承的,意味着此类在一个继承树中是一个叶子类,并且此类的设计已被认为很完美而不需要进行修改或扩展。

对于 final 类中的成员,可以定义其为 final,也可以不是 final。而对于方法,由于所属类为 final 的关系,自然也就成了 final 型。也可以明确地给 final 类中的方法加上一个 final,这显然没有意义。

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