深入理解Java：内部类

时间：2017-09-05 09:58:18 阅读：144 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

什么是内部类？

内部类是指在一个外部类的内部再定义一个类。内部类作为外部类的一个成员，并且依附于外部类而存在的。内部类可为静态，可用protected和private修饰（而外部类只能使用public和缺省的包访问权限）。内部类主要有以下几类：成员内部类、局部内部类、静态内部类、匿名内部类

内部类的共性

(1)、内部类仍然是一个独立的类，在编译之后内部类会被编译成独立的.class文件，但是前面冠以外部类的类名和$符号。

(2)、内部类不能用普通的方式访问。

(3)、内部类声明成静态的，就不能随便的访问外部类的成员变量了，此时内部类只能访问外部类的静态成员变量。

(4)、外部类不能直接访问内部类的的成员，但可以通过内部类对象来访问

内部类是外部类的一个成员，因此内部类可以自由地访问外部类的成员变量，无论是否是private的。

因为当某个外围类的对象创建内部类的对象时，此内部类会捕获一个隐式引用，它引用了实例化该内部对象的外围类对象。通过这个指针，可以访问外围类对象的全部状态。

通过反编译内部类的字节码，分析之后主要是通过以下几步做到的：
1 编译器自动为内部类添加一个成员变量，这个成员变量的类型和外部类的类型相同，这个成员变量就是指向外部类对象的引用；
2 编译器自动为内部类的构造方法添加一个参数，参数的类型是外部类的类型，在构造方法内部使用这个参数为1中添加的成员变量赋值；
3 在调用内部类的构造函数初始化内部类对象时，会默认传入外部类的引用。

为什么需要内部类？

其主要原因有以下几点：

内部类方法可以访问该类定义所在的作用域的数据，包括私有的数据
内部类可以对同一个包中的其他类隐藏起来,一般的非内部类，是不允许有 private 与protected权限的，但内部类可以
可是实现多重继承
当想要定义一个回调函数且不想编写大量代码时，使用匿名内部类比较便捷

使用内部类最吸引人的原因是：

每个内部类都能独立地继承自一个（接口的）实现，所以无论外围类是否已经继承了某个（接口的）实现，对于内部类都没有影响。大家都知道Java只能继承一个类，它的多重继承在我们没有学习内部类之前是用接口来实现的。但使用接口有时候有很多不方便的地方。比如我们实现一个接口就必须实现它里面的所有方法。而有了内部类就不一样了。它可以使我们的类继承多个具体类或抽象类。

大家看下面的例子:

  1 public class Example1 {
  2     public String name(){
  3        return "liutao";
  4    }
  5 }
  6 
  7 public class Example2 {
  8     public int age(){
  9         return 25;
 10     }
 11 }
 12 
 13 public class MainExample {
 14 
 15    private class test1 extends Example1{
 16         public String name(){
 17           return super.name();
 18         }
 19     }
 20 
 21     private class test2 extends Example2 {
 22        public int age(){
 23          return super.age();
 24        }
 25     }
 26 
 27    public String name(){
 28     return new test1().name();
 29    }
 30 
 31    public int age(){
 32        return new test2().age();
 33    }
 34 
 35    public static void main(String args[]){
 36        MainExample mi=new MainExample();
 37        System.out.println("姓名:"+mi.name());
 38        System.out.println("年龄:"+mi.age());
 39    }
 40 }

成员内部类：

即在一个类中直接定义的内部类，成员内部类与普通的成员没什么区别，可以与普通成员一样进行修饰和限制。成员内部类不能含有static的变量和方法。

  1 public class Outer {
  2     private static int i = 1;
  3     private int j = 10;
  4     private int k = 20;
  5 
  6     public static void outer_f1() {}
  7 
  8     public void outer_f2() {}
  9 
 10     // 成员内部类中，不能定义静态成员
 11     // 成员内部类中，可以访问外部类的所有成员
 12     class Inner {
 13         // static int inner_i = 100;//内部类中不允许定义静态变量
 14         int j = 100; // 内部类和外部类的实例变量可以共存
 15         int inner_i = 1;
 16 
 17         void inner_f1() {
 18             System.out.println(i);
 19             // 在内部类中访问内部类自己的变量直接用变量名
 20             System.out.println(j);
 21             // 在内部类中访问内部类自己的变量也可以用this.变量名
 22             System.out.println(this.j);
 23             // 在内部类中访问外部类中与内部类同名的实例变量用外部类名.this.变量名
 24             System.out.println(Outer.this.j);
 25             // 如果内部类中没有与外部类同名的变量，则可以直接用变量名访问外部类变量
 26             System.out.println(k);
 27             outer_f1();
 28             outer_f2();
 29         }
 30     }
 31 
 32     // 外部类的非静态方法访问成员内部类
 33     public void outer_f3() {
 34         Inner inner = new Inner();
 35         inner.inner_f1();
 36     }
 37 
 38     // 外部类的静态方法访问成员内部类，与在外部类外部访问成员内部类一样
 39     public static void outer_f4() {
 40         // step1 建立外部类对象
 41         Outer out = new Outer();
 42         // step2 根据外部类对象建立内部类对象
 43         Inner inner = out.new Inner();
 44         // step3 访问内部类的方法
 45         inner.inner_f1();
 46     }
 47 
 48     public static void main(String[] args) {
 49         //outer_f4();//该语句的输出结果和下面三条语句的输出结果一样
 50         // 如果要直接创建内部类的对象，不能想当然地认为只需加上外围类Outer的名字，
 51         // 就可以按照通常的样子生成内部类的对象，而是必须使用此外围类的一个对象来
 52         // 创建其内部类的一个对象：
 53         // Outer.Inner outin = out.new Inner()
 54         // 因此，除非你已经有了外围类的一个对象，否则不可能生成内部类的对象。因为此
 55         // 内部类的对象会悄悄地链接到创建它的外围类的对象。如果你用的是静态的内部类，
 56         // 那就不需要对其外围类对象的引用。
 57         Outer out = new Outer();
 58         Outer.Inner outin = out.new Inner();
 59         outin.inner_f1();
 60     }
 61 }

局部内部类：

在方法中定义的内部类称为局部内部类。与局部变量类似，局部内部类不能有访问说明符，因为它不是外围类的一部分，但是它可以访问当前代码块内的常量，和此外围类所有的成员。

需要注意的是：

(1)、方法内部类只能在定义该内部类的方法内实例化，不可以在此方法外对其实例化。

(2)、方法内部类对象不能使用该内部类所在方法的非final局部变量。

具体原因

等下再说

  1 public class Outer {
  2     private int s = 100;
  3     private int out_i = 1;
  4 
  5     public void f(final int k) {
  6         final int s = 200;
  7         int i = 1;
  8         final int j = 10;
  9 
 10         // 定义在方法内部
 11         class Inner {
 12             int s = 300;// 可以定义与外部类同名的变量
 13 
 14             // static int m = 20;//不可以定义静态变量
 15             Inner(int k) {
 16                 inner_f(k);
 17             }
 18 
 19             int inner_i = 100;
 20 
 21             void inner_f(int k) {
 22                 // 如果内部类没有与外部类同名的变量，在内部类中可以直接访问外部类的实例变量
 23                 System.out.println(out_i);
 24                 // 可以访问外部类的局部变量(即方法内的变量)，但是变量必须是final的
 25                 System.out.println(j);
 26                 // System.out.println(i);
 27                 // 如果内部类中有与外部类同名的变量，直接用变量名访问的是内部类的变量
 28                 System.out.println(s);
 29                 // 用this.变量名访问的也是内部类变量
 30                 System.out.println(this.s);
 31                 // 用外部类名.this.内部类变量名访问的是外部类变量
 32                 System.out.println(Outer.this.s);
 33             }
 34         }
 35         new Inner(k);
 36     }
 37 
 38     public static void main(String[] args) {
 39         // 访问局部内部类必须先有外部类对象
 40         Outer out = new Outer();
 41         out.f(3);
 42     }
 43 }

静态内部类(嵌套类)：

如果你不需要内部类对象与其外围类对象之间有联系，那你可以将内部类声明为static。这通常称为嵌套类（nested class）。想要理解static应用于内部类时的含义，你就必须记住，普通的内部类对象隐含地保存了一个引用，指向创建它的外围类对象。然而，当内部类是static的时，就不是这样了。嵌套类意味着：

1. 要创建嵌套类的对象，并不需要其外围类的对象。

2. 不能从嵌套类的对象中访问非静态的外围类对象。

  1 public class Outer {
  2     private static int i = 1;
  3     private int j = 10;
  4 
  5     public static void outer_f1() {}
  6 
  7     public void outer_f2() {}
  8 
  9     // 静态内部类可以用public,protected,private修饰
 10     // 静态内部类中可以定义静态或者非静态的成员
 11     private static class Inner {
 12         static int inner_i = 100;
 13         int inner_j = 200;
 14 
 15         static void inner_f1() {
 16             // 静态内部类只能访问外部类的静态成员(包括静态变量和静态方法)
 17             System.out.println("Outer.i" + i);
 18             outer_f1();
 19         }
 20 
 21         void inner_f2() {
 22             // 静态内部类不能访问外部类的非静态成员(包括非静态变量和非静态方法)
 23             // System.out.println("Outer.i"+j);
 24             // outer_f2();
 25         }
 26     }
 27 
 28     public void outer_f3() {
 29         // 外部类访问内部类的静态成员：内部类.静态成员
 30         System.out.println(Inner.inner_i);
 31         Inner.inner_f1();
 32         // 外部类访问内部类的非静态成员:实例化内部类即可
 33         Inner inner = new Inner();
 34         inner.inner_f2();
 35     }
 36 
 37     public static void main(String[] args) {
 38         new Outer().outer_f3();
 39     }
 40 }

生成一个静态内部类不需要外部类成员：这是静态内部类和成员内部类的区别。静态内部类的对象可以直接生成：Outer.Inner in = new Outer.Inner();而不需要通过生成外部类对象来生成。这样实际上使静态内部类成为了一个顶级类(正常情况下，你不能在接口内部放置任何代码，但嵌套类可以作为接口的一部分，因为它是static 的。只是将嵌套类置于接口的命名空间内，这并不违反接口的规则）

匿名内部类：

简单地说：匿名内部类就是没有名字的内部类。什么情况下需要使用匿名内部类？如果满足下面的一些条件，使用匿名内部类是比较合适的：

只用到类的一个实例。
类在定义后马上用到。
类非常小（SUN推荐是在4行代码以下）
给类命名并不会导致你的代码更容易被理解。

在使用匿名内部类时，要记住以下几个原则：

　　匿名内部类不能有构造方法。
　　匿名内部类不能定义任何静态成员、方法和类。
　　匿名内部类不能是public,protected,private,static。
　　只能创建匿名内部类的一个实例。

一个匿名内部类一定是在new的后面，用其隐含实现一个接口或实现一个类。
　　因匿名内部类为局部内部类，所以局部内部类的所有限制都对其生效。

下面的代码展示的是，如果你的基类需要一个有参数的构造器，应该怎么办：

  1 public class Parcel7 {
  2     public Wrapping wrap(int x) {
  3         // Base constructor call:
  4         return new Wrapping(x) { // Pass constructor argument.
  5             public int value() {
  6                 return super.value() * 47;
  7             }
  8         }; // Semicolon required
  9     }
 10     public static void main(String[] args) {
 11         Parcel7 p = new Parcel7();
 12         Wrapping w = p.wrap(10);
 13     }
 14 }

只需简单地传递合适的参数给基类的构造器即可，这里是将x 传进new Wrapping(x)。在匿名内部类末尾的分号，并不是用来标记此内部类结束（C++中是那样）。实际上，它标记的是表达式的结束，只不过这个表达式正巧包含了内部类罢了。因此，这与别的地方使用的分号是一致的。

如果在匿名类中定义成员变量或者使用带参数的构造函数，你同样能够对其执行初始化操作：

  1 public class Parcel8 {
  2     // Argument must be final to use inside
  3     // anonymous inner class:
  4     public Destination dest(final String name, String city) {
  5         return new Destination(name, city) {
  6             private String label = name;
  7 
  8             public String getName() {
  9                 return label;
 10             }
 11         };
 12     }
 13 
 14     public static void main(String[] args) {
 15         Parcel8 p = new Parcel8();
 16         Destination d = p.dest("Tanzania", "gz");
 17     }
 18 
 19     abstract class Destination {
 20         Destination(String name, String city) {
 21             System.out.println(city);
 22         }
 23 
 24         abstract String getName();
 25     }
 26 }

注意这里的形参city，由于它没有被匿名内部类直接使用，而是被抽象类Inner的构造函数所使用，所以不必定义为final。

内部类的重载问题

如果你创建了一个内部类，然后继承其外围类并重新定义此内部类时，会发生什么呢？也就是说，内部类可以被重载吗？这看起来似乎是个很有用的点子，但是“重载”内部类就好像它是外围类的一个方法，其实并不起什么作用：

  1 class Egg {
  2        private Yolk y;
  3 
  4        protected class Yolk {
  5               public Yolk() {
  6                      System.out.println("Egg.Yolk()");
  7               }
  8        }
  9 
 10        public Egg() {
 11               System.out.println("New Egg()");
 12               y = new Yolk();
 13        }
 14 }
 15 
 16 public class BigEgg extends Egg {
 17        public class Yolk {
 18               public Yolk() {
 19                      System.out.println("BigEgg.Yolk()");
 20               }
 21        }
 22 
 23        public static void main(String[] args) {
 24               new BigEgg();
 25        }
 26 }

输出结果为：

New Egg()

Egg.Yolk()

缺省的构造器是编译器自动生成的，这里是调用基类的缺省构造器。你可能认为既然创建了BigEgg 的对象，那么所使用的应该是被“重载”过的Yolk，但你可以从输出中看到实际情况并不是这样的。

这个例子说明，当你继承了某个外围类的时候，内部类并没有发生什么特别神奇的变化。这两个内部类是完全独立的两个实体，各自在自己的命名空间内。当然，明确地继承某个内部类也是可以的：

  1 class Egg2 {
  2        protected class Yolk {
  3               public Yolk() {
  4                      System.out.println("Egg2.Yolk()");
  5               }
  6 
  7               public void f() {
  8                      System.out.println("Egg2.Yolk.f()");
  9               }
 10        }
 11 
 12        private Yolk y = new Yolk();
 13 
 14        public Egg2() {
 15               System.out.println("New Egg2()");
 16        }
 17 
 18        public void insertYolk(Yolk yy) {
 19               y = yy;
 20        }
 21 
 22        public void g() {
 23               y.f();
 24        }
 25 }
 26 
 27 public class BigEgg2 extends Egg2 {
 28        public class Yolk extends Egg2.Yolk {
 29               public Yolk() {
 30                      System.out.println("BigEgg2.Yolk()");
 31               }
 32 
 33               public void f() {
 34                      System.out.println("BigEgg2.Yolk.f()");
 35               }
 36        }
 37 
 38        public BigEgg2() {
 39               insertYolk(new Yolk());
 40        }
 41 
 42        public static void main(String[] args) {
 43               Egg2 e2 = new BigEgg2();
 44               e2.g();
 45        }
 46 }

输出结果为：

Egg2.Yolk()

New Egg2()

Egg2.Yolk()

BigEgg2.Yolk()

BigEgg2.Yolk.f()

现在BigEgg2.Yolk 通过extends Egg2.Yolk 明确地继承了此内部类，并且重载了其中的方法。Egg2 的insertYolk()方法使得BigEgg2 将它自己的Yolk 对象向上转型，然后传递给引用y。所以当g()调用y.f()时，重载后的新版的f()被执行。第二次调用Egg2.Yolk()是BigEgg2.Yolk 的构造器调用了其基类的构造器。可以看到在调用g()的时候，新版的f()被调用了。

内部类的继承问题

因为内部类的构造器要用到其外围类对象的引用，所以在你继承一个内部类的时候，事情变得有点复杂。问题在于，那个“秘密的”外围类对象的引用必须被初始化，而在被继承的类中并不存在要联接的缺省对象。要解决这个问题，需使用专门的语法来明确说清它们之间的关联：

  1 class WithInner {
  2         class Inner {
  3                 Inner(){
  4                         System.out.println("this is a constructor in WithInner.Inner");
  5                 };
  6         }
  7 }
  8 
  9 public class InheritInner extends WithInner.Inner {
 10         // ! InheritInner() {} // Won‘t compile
 11         InheritInner(WithInner wi) {
 12                 wi.super();
 13                 System.out.println("this is a constructor in InheritInner");
 14         }
 15 
 16         public static void main(String[] args) {
 17                 WithInner wi = new WithInner();
 18                 InheritInner ii = new InheritInner(wi);
 19         }
 20 }

输出结果为：

this is a constructor in WithInner.Inner

this is a constructor in InheritInner

可以看到，InheritInner 只继承自内部类，而不是外围类。但是当要生成一个构造器时，缺省的构造器并不算好，而且你不能只是传递一个指向外围类对象的引用。此外，你必须在构造器内使用如下语法：

enclosingClassReference.super();

这样才提供了必要的引用，然后程序才能编译通过。

为什么非静态内部类中不能有static修饰的属性，但却可以有常量？

如：

  1 public class InnerClassDemo{
  2     int x;
  3     class A{
  4         static  int a = 0;//这样写是不合法的.
  5         static final int b=0;//这样写是合法的
  6 
  7      }
  8 }