配列におけるstatic変数とローカル変数の違いについて知りたい

Question

現在Javaを勉強中なのですが、
以下のコードの結果の違いがなぜ起きるのかを知りたいと思っています。

結論から言うと、
なぜ
Main1は「実行時例外（ExceptionInInitializerError）」で
Main2は「コンパイルエラー」なのでしょうか？

public class Main1 {

	private static int[] array;
	static {
		array[0] = 10;
	}

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(array[0]);
	}
}

public class Main2 {

	public static void main(String[] args) {
		int[] num;
		num[0]=111;
		num[1]=222;
		num[2]=333;
		System.out.println(num[0]+num[1]+num[2]);
	}
}

そもそもエラーが起こる原因は配列のインスタンスを生成していないからだと思います。
その上で「実行時例外」と「コンパイルエラー」という違いが生まれるのは
Main1がstatic変数で、Main2がローカル変数であることが原因だと思っています。
Main2のローカル変数「int[] num;」を「static int[] num;」に変え、mainメソッドの外に出すと、つまりstatic変数にするとコンパイルエラーは消え、実行時例外に変わるからです。

またインスタンス変数がヒープ領域にオブジェクトごとにメンバを保持するのに対し、
static変数はstatic領域に１つのメンバを保持するということも知っています。

ただその知識とMain1のコードがなぜコンパイルエラーにならないかということが結びついていません。
「Main1クラスはstatic変数であることで、『どうなるから』コンパイルエラーではなく、実行時例外になる。」という部分について教えていただきたいです。
そこに関してもし分かる方がいらっしゃれば教えていただけると幸いです。

Answer 1

初期化をしていないローカル変数は「未代入」として扱われますが、static・非static問わずクラスや配列のメンバの場合は自動的に初期値が代入されます。
ちなみに、配列型の場合はnullが代入されます。

Main1クラスのstaticメンバarrayは当然後者のため、デフォルトでnullが代入されています。ここに値をセットしようとした事で、NullPointerExceptionが発生します。
ただし、staticブロック内で例外が発生した場合はExceptionInInitializerErrorが投げられるため、結果的に発生した例外はExceptionInInitializerErrorになっています。

一方、Main2クラスのmainメソッド内の変数numは、宣言後に代入をしていないローカル変数のため、「未代入」になっています。未代入の変数に値の代入以外の操作をしたため、コンパイルエラーが発生していると考えられます。

Comments

[k499778]

hy3さん
回答ありがとうございます。
わかりやすく納得することができました。

もう一つ聞いていいでしょうか？
非staticの場合も自動的に初期値が代入されるとありますが、
実際のコードはコンパイルエラーになります。
これはstaticメンバから非staticメンバにアクセスしようとしているからコンパイルエラーになっているだけで、非staticの場合も自動的に初期値が代入されることに変わりはないと考えてよろしいでしょうか？

差し支えなければお答えいただけたらと思います。

[hy3]

mainメソッドからMain1クラスをオブジェクト化せずにarrayメンバにアクセスしようとしたということでしょうか。
であれば、質問者様のおっしゃる通りです。

非staticなメンバにも初期値が代入されるのは間違いありませんが、そのタイミングはオブジェクトが生成された時点になります。

[k499778]

返答ありがとうございます。
そうです。オブジェクト化せずにアクセスしようとした場合です。
ありがとうございます。勉強になりました。
感謝しています。

Answer 2

それぞれの定義はわかっているようですが、原因は仮説とちょっと違います。

基本、staticでもグローバルでもローカルでも、javaでは変数を初期化せずに使えば実行時エラーを発します。
実体がメモリ空間に展開されてない、つまり住所もってないのにその場所にいけるわけないからです。

で、メソッド内のローカル変数が初期化されるまえに処理が入ってるかどうかは、実行するまでもなく察知できる初歩ミスです。
だから親切にコンパイラが止めてくれます。

Main1の例はローカルじゃなくクラス変数です。
クラス変数が最初にどこで使われるかは、さすがにコンピュータも実行してみなきゃわかりませんから、じっこうしちゃいます。

で『あ、お前初期化してないのか』ってことです。

Comments

[k499778]

keisukesatomiさん
回答ありがとうございます。

メンバ変数はコンパイル時に初期化され、ローカル変数は初期化されないのですね。
原因がわかってスッキリしています。ありがとうございました。

[hy3]

自動的にnullで初期化されるクラス変数と、初期化すらされないローカル変数を同列に扱うのは流石に違うような気がしますが・・・

[keisukesatomi]

ああ、初期化という語の使用に語弊がありすいません。

Answer 3

フィールドはクラスのロード時に自動で初期化されますが，ローカル変数はそうではありません．
言うなれば，ローカル変数は，参照型においてはnullかどうかすら不明な状態です．

フィールドはどこから値が設定・利用されるかわからないので，クラスがロードされた時点で初期化されます．
それを証明するために，Main1の静的初期化子で今の文の代わりに
System.out.println(array);
を入れてみてください．nullが出力されるはずです．
一方，ローカル変数はその値を利用するにあたって「確実な代入状態」であることが求められます．
メソッドの中で宣言して何も入れないで使おうとするのはおかしいだろ，ということでコンパイルエラーを出すのです．

Comments

[k499778]

swordoneさん
いつも回答ありがとうございます。
おっしゃる通りですね。
メンバ変数かローカル変数の違いで初期化されているかどうかが変わるのですね。
理解できました。ありがとうございました。