Question

许多程序设计语言都有自己的办法告诉编译器某个数据是“常数”。常数主要应用于下述两个方面：

(1) 编译期常数，它永远不会改变

(2) 在运行期初始化的一个值，我们不希望它发生变化

对于编译期的常数，编译器（程序）可将常数值“封装”到需要的计算过程里。也就是说，计算可在编译期间提前执行，从而节省运行时的一些开销。在 Java 中，这些形式的常数必须属于基本数据类型（Primitives），而且要用 final 关键字进行表达。在对这样的一个常数进行定义的时候，必须给出一个值。

无论 static 还是 final 字段，都只能存储一个数据，而且不得改变。

若随同对象句柄使用 final，而不是基本数据类型，它的含义就稍微让人有点儿迷糊了。对于基本数据类型，final 会将值变成一个常数；但对于对象句柄，final 会将句柄变成一个常数。进行声明时，必须将句柄初始化到一个具体的对象。而且永远不能将句柄变成指向另一个对象。然而，对象本身是可以修改的。Java 对此未提供任何手段，可将一个对象直接变成一个常数（但是，我们可自己编写一个类，使其中的对象具有“常数”效果）。这一限制也适用于数组，它也属于对象。

下面是演示 final 字段用法的一个例子：

//: FinalData.java
// The effect of final on fields

class Value {
  int i = 1;
}

public class FinalData {
  // Can be compile-time constants
  final int i1 = 9;
  static final int I2 = 99;
  // Typical public constant:
  public static final int I3 = 39;
  // Cannot be compile-time constants:
  final int i4 = (int)(Math.random()*20);
  static final int i5 = (int)(Math.random()*20);
  
  Value v1 = new Value();
  final Value v2 = new Value();
  static final Value v3 = new Value();
  //! final Value v4; // Pre-Java 1.1 Error: 
                      // no initializer
  // Arrays:
  final int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

  public void print(String id) {
    System.out.println(
      id + ": " + "i4 = " + i4 + 
      ", i5 = " + i5);
  }
  public static void main(String[] args) {
    FinalData fd1 = new FinalData();
    //! fd1.i1++; // Error: can't change value
    fd1.v2.i++; // Object isn't constant!
    fd1.v1 = new Value(); // OK -- not final
    for(int i = 0; i < fd1.a.length; i++)
      fd1.a[i]++; // Object isn't constant!
    //! fd1.v2 = new Value(); // Error: Can't 
    //! fd1.v3 = new Value(); // change handle
    //! fd1.a = new int[3];

    fd1.print("fd1");
    System.out.println("Creating new FinalData");
    FinalData fd2 = new FinalData();
    fd1.print("fd1");
    fd2.print("fd2");
  }
} ///:~

由于 i1 和 I2 都是具有 final 属性的基本数据类型，并含有编译期的值，所以它们除了能作为编译期的常数使用外，在任何导入方式中也不会出现任何不同。I3 是我们体验此类常数定义时更典型的一种方式：public 表示它们可在包外使用；Static 强调它们只有一个；而 final 表明它是一个常数。注意对于含有固定初始化值（即编译期常数）的 fianl static 基本数据类型，它们的名字根据规则要全部采用大写。也要注意 i5 在编译期间是未知的，所以它没有大写。

不能由于某样东西的属性是 final，就认定它的值能在编译时期知道。i4 和 i5 向大家证明了这一点。它们在运行期间使用随机生成的数字。例子的这一部分也向大家揭示出将 final 值设为 static 和非 static 之间的差异。只有当值在运行期间初始化的前提下，这种差异才会揭示出来。因为编译期间的值被编译器认为是相同的。这种差异可从输出结果中看出：

fd1: i4 = 15, i5 = 9
Creating new FinalData
fd1: i4 = 15, i5 = 9
fd2: i4 = 10, i5 = 9

注意对于 fd1 和 fd2 来说，i4 的值是唯一的，但 i5 的值不会由于创建了另一个 FinalData 对象而发生改变。那是因为它的属性是 static，而且在载入时初始化，而非每创建一个对象时初始化。

从 v1 到 v4 的变量向我们揭示出 final 句柄的含义。正如大家在 main() 中看到的那样，并不能认为由于 v2 属于 final，所以就不能再改变它的值。然而，我们确实不能再将 v2 绑定到一个新对象，因为它的属性是 final。这便是 final 对于一个句柄的确切含义。我们会发现同样的含义亦适用于数组，后者只不过是另一种类型的句柄而已。将句柄变成 final 看起来似乎不如将基本数据类型变成 final 那么有用。

2. 空白 final

Java 1.1 允许我们创建“空白 final”，它们属于一些特殊的字段。尽管被声明成 final，但却未得到一个初始值。无论在哪种情况下，空白 final 都必须在实际使用前得到正确的初始化。而且编译器会主动保证这一规定得以贯彻。然而，对于 final 关键字的各种应用，空白 final 具有最大的灵活性。举个例子来说，位于类内部的一个 final 字段现在对每个对象都可以有所不同，同时依然保持其“不变”的本质。下面列出一个例子：

//: BlankFinal.java
// "Blank" final data members

class Poppet { }

class BlankFinal {
  final int i = 0; // Initialized final
  final int j; // Blank final
  final Poppet p; // Blank final handle
  // Blank finals MUST be initialized
  // in the constructor:
  BlankFinal() {
    j = 1; // Initialize blank final
    p = new Poppet();
  }
  BlankFinal(int x) {
    j = x; // Initialize blank final
    p = new Poppet();
  }
  public static void main(String[] args) {
    BlankFinal bf = new BlankFinal();
  }
} ///:~

现在强行要求我们对 final 进行赋值处理——要么在定义字段时使用一个表达 式，要么在每个构建器中。这样就可以确保 final 字段在使用前获得正确的初始化。

3. final 自变量

Java 1.1 允许我们将自变量设成 final 属性，方法是在自变量列表中对它们进行适当的声明。这意味着在一个方法的内部，我们不能改变自变量句柄指向的东西。如下所示：

//: FinalArguments.java
// Using "final" with method arguments

class Gizmo {
  public void spin() {}
}

public class FinalArguments {
  void with(final Gizmo g) {
    //! g = new Gizmo(); // Illegal -- g is final
    g.spin();
  }
  void without(Gizmo g) {
    g = new Gizmo(); // OK -- g not final
    g.spin();
  }
  // void f(final int i) { i++; } // Can't change
  // You can only read from a final primitive:
  int g(final int i) { return i + 1; }
  public static void main(String[] args) {
    FinalArguments bf = new FinalArguments();
    bf.without(null);
    bf.with(null);
  }
} ///:~

注意此时仍然能为 final 自变量分配一个 null（空）句柄，同时编译器不会捕获它。这与我们对非 final 自变量采取的操作是一样的。

方法 f() 和 g() 向我们展示出基本类型的自变量为 final 时会发生什么情况：我们只能读取自变量，不可改变它。