الأعضاء الساكنة في Java: الحقول والطرق static

الانتماء إلى الصنف لا إلى الكائن

معظم الحقول والطرق التي كتبتها حتى الآن تنتمي إلى الكائنات: في كل مرة تستدعي فيها new، يحصل كل كائن على نسخته الخاصة من الحقول، وتعمل الطرق على حالة ذلك الكائن المحدد. وتقلب الكلمة المفتاحية static هذا الأمر. فالعضو static ينتمي إلى الصنف نفسه - توجد منه نسخة واحدة يتشاركها كل الكائنات، وهو موجود سواء أنشأت كائنًا يومًا أم لم تنشئ.

هذا التمييز الوحيد يفسّر حقول static، وطرق static، والثوابت، بل وحتى لماذا تكون main دائمًا static.

حقل static مشترك

يمنح الحقل غير الساكن كل كائن مكانه الخاص. أما الحقل static فيمنح الصنف مكانًا واحدًا يتشاركه الجميع. المثال الكلاسيكي هو عدّاد يتتبع كم كائنًا أُنشئ:

class User {
    static int count = 0;     // مكان واحد مشترك للصنف بأكمله
    String name;              // واحد لكل كائن

    User(String name) {
        this.name = name;
        count++;              // زيادة العدّاد المشترك عند كل إنشاء
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new User("Ada");
        new User("Linus");
        new User("Grace");

        System.out.println("users created: " + User.count);
    }
}

لاحظ أنك تقرأ العدّاد بصيغة User.count - عبر اسم الصنف، لأن القيمة لا تنتمي إلى أي User بعينه. أما كل name فيعيش داخل كائنه الخاص. غيّر count عبر أي كائن، وسترى كل الكائنات القيمة الجديدة، لأنه لا يوجد منه سوى واحد.

الطرق static

تنتمي الطريقة static إلى الصنف أيضًا، لذا تستدعيها على الصنف دون كائن:

class MathUtils {
    static int square(int x) {
        return x * x;
    }

    static int max(int a, int b) {
        return a > b ? a : b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MathUtils.square(7));
        System.out.println(MathUtils.max(3, 9));
    }
}

هذا هو النمط نفسه الكامن وراء المكتبة القياسية: Math.max وInteger.parseInt وArrays.sort وList.of كلها static - سلوك مساعد لا يحتاج إلى كائن ليعمل عليه. الجأ إلى طريقة static عندما يعتمد العمل على وسائطه فقط، لا على أي حالة خاصة بكائن.

المطبّ الكبير: static لا يمكنها رؤية instance

تعمل الطريقة static دون أي كائن، فلا يوجد this. وهذا يعني أنها لا تستطيع الوصول إلى حقول الكائن أو استدعاء طرق الكائن مباشرةً - فلا يوجد كائن محدد تقرؤها منه. وهذا أكثر خطأ شائع لدى المبتدئين مع static:

class Account {
    int balance = 100;          // حقل خاص بالكائن

    static int show() {
        return balance;         // خطأ في الترجمة: الحقل غير الساكن 'balance'
    }                           // لا يمكن الإشارة إليه من سياق ساكن
}

الحل إما جعل الطريقة طريقة كائن (بإزالة static، فيصبح لها this)، أو تمرير الكائن صراحةً:

class Account {
    int balance = 100;

    static int show(Account a) {     // استقبال الكائن كمعامل
        return a.balance;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();
        System.out.println(Account.show(a));
    }
}

أما الاتجاه المعاكس فلا مشكلة فيه: تستطيع طريقة الكائن أن تقرأ حقول static بحرية وأن تستدعي طرق static، لأن البيانات المشتركة على مستوى الصنف موجودة دائمًا.

الثوابت باستخدام static final

اجمع بين static وfinal لتحصل على ثابت: قيمة واحدة مشتركة لا يمكن أن تتغير أبدًا. وبحسب العُرف تُسمّى هذه الثوابت بنمط UPPER_SNAKE_CASE:

class Circle {
    static final double PI = 3.14159265;

    double radius;

    Circle(double radius) { this.radius = radius; }

    double area() {
        return PI * radius * radius;   // طريقة كائن تستخدم ثابتًا static
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("%.2f%n", new Circle(2).area());
    }
}

static final هي الطريقة الاصطلاحية للتعبير عن "قيمة ثابتة تنتمي إلى النوع" - أشياء مثل Integer.MAX_VALUE أو Math.PI في المكتبة القياسية. جعلها static يعني أنك لا تهدر نسخة لكل كائن؛ وجعلها final يعني أنه لا يمكن لأحد إعادة إسنادها.

كتل التهيئة static

يمكن تهيئة الحقل static البسيط في سطره مباشرةً. وعندما يحتاج الإعداد إلى منطق فعلي - بناء جدول بحث، أو قراءة إعدادات - استخدم كتلة static. فهي تُنفَّذ مرة واحدة، عند تحميل الصنف لأول مرة، قبل وجود أي كائن:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class Roman {
    static final Map<Character, Integer> VALUES = new HashMap<>();

    static {                       // تُنفَّذ مرة واحدة، عند تحميل الصنف
        VALUES.put('I', 1);
        VALUES.put('V', 5);
        VALUES.put('X', 10);
        VALUES.put('L', 50);
    }

    static int valueOf(char c) {
        return VALUES.get(c);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Roman.valueOf('X') + Roman.valueOf('I'));
    }
}

تنطلق الكتلة مرة واحدة فقط مهما استخدمت الصنف، مما يجعلها المكان المناسب للإعداد لمرة واحدة على مستوى الصنف بأكمله.

متى تستخدم static

قاعدة عملية سريعة:

• استخدم حقل static فقط للبيانات المشتركة فعلًا بين كل الكائنات - عدّاد، أو ذاكرة تخزين مؤقت (cache)، أو ثابت. فإذا كان من المعقول أن يحمل كائنان قيمتين مختلفتين، فينبغي أن يكون حقل كائن بدلاً من ذلك.
• استخدم طريقة static عندما تعتمد النتيجة على الوسائط فقط، لا على حالة أي كائن (الدوال المساعدة النقية).
• اجعل الأصل هو أعضاء الكائن (instance). فالإفراط في استخدام static يحوّل برنامجك بهدوء إلى كومة من الحالة العامة، يصعب اختبارها والتفكير فيها. static هي الاستثناء، لا نقطة الانطلاق.

التالي: التعدادات (Enums)

الثابت static final مناسب لقيمة ثابتة واحدة، لكن عندما يكون لديك مجموعة صغيرة وثابتة من القيم المترابطة - الاتجاهات، أيام الأسبوع، حالات الطلب - فلدى Java نوع مخصص لهذا الغرض، أكثر أمانًا وتعبيرًا من الثوابت المبعثرة. هذا هو enum، وهو موضوع الصفحة التالية.