Java内部类

概述

什么是内部类:一个类还可以放在另一个类的内部,称之为内部类,相对而言,包含它的类称之为外部类。

内部类与包含它的外部类有比较密切的关系,而与其他类关系不大,定义在类内部,可以实现对外部完全隐藏,可以有更好的封装性,代码实现上也往往更为简洁。

内部类只是Java编译器的概念,对于Java虚拟机而言,它是不知道内部类这回事的,每个内部类最后都会被编译为一个独立的类,生成一个独立的字节码文件。

内部类的好处:内部类可以方便地访问外部类的私有变量,可以声明为private从而实现对外完全隐藏,相关代码写在一起,写法也更为简洁。

4种内部类

主要有4种内部类

❑ 静态内部类。

❑ 成员内部类。

❑ 方法内部类。

❑ 匿名内部类。

方法内部类是在一个方法内定义和使用的;匿名内部类使用范围更小,它们都不能在外部使用;成员内部类和静态内部类可以被外部使用,不过它们都可以被声明为private,这样,外部就不能使用了。

静态内部类

定义:静态内部类与静态变量和静态方法定义的位置一样,也带有static关键字,只是它定义的是类。

静态内部类除了位置放在其他类内部外,它与一个独立的类差别不大,可以有静态变量静态方法成员方法成员变量构造方法等。(就是一个类,使用了static修饰)

静态内部类与外部类的联系也不大(与其他内部类相比)。它可以访问外部类的静态变量和方法,但不可以访问实例变量和方法。在类内部,可以直接使用内部静态类。public静态内部类可以被外部使用,只是需要通过“外部类.静态内部类”的方式使用。

静态内部类的实现原理

实际上会生成两个类,一个是外部类,另一个是"外部类$内部类"。

内部类访问了外部类的一个私有静态变量,而我们知道私有变量是不能被类外部访问的,Java的解决方法是:自动为外部类生成一个非私有访问方法access$0,它返回这个私有静态变量。

静态内部类的使用场景

静态内部类的使用场景是很多的,如果它与外部类关系密切,且不依赖于外部类实例,则可以考虑定义为静态内部类。

Java API中使用静态内部类的例子:

❑ Integer类内部有一个私有静态内部类IntegerCache,用于支持整数的自动装箱。

❑ 表示链表的LinkedList类内部有一个私有静态内部类Node,表示链表中的每个节点。

❑ Character类内部有一个public静态内部类UnicodeBlock,用于表示一个Unicode block。

成员内部类

成员内部类,与静态内部类不同,除了静态变量和方法,成员内部类还可以直接访问外部类的实例变量和方法。

成员内部类还可以通过“外部类.this.xxx”的方式引用外部类的实例变量和方法。这种写法一般在重名的情况下使用,如果没有重名,那么“外部类.this.”是多余的。

与静态内部类不同点

  1. 成员内部类对象总是与一个外部类对象相连的,在外部使用时,它不能直接通过newOuter.Inner()的方式创建对象,而是要先将创建一个Outer类对象。

创建内部类对象的语法是“外部类对象.new 内部类()”,如outer.new Inner()。

  1. 成员内部类中不可以定义静态变量和方法(final变量例外,它等同于常量)。

    Java为什么要有这个规定呢?可以这么理解,这些内部类是与外部实例相连的,不应独立使用,而静态变量和方法作为类型的属性和方法,一般是独立使用的,在内部类中意义不大,而如果内部类确实需要静态变量和方法,那么也可以挪到外部类中。

成员内部类实现原理

以下面的代码为例:

上面的代码会生成两个类,一个是Outer,另一个是Outer$Inner,它们的代码大概如下所示:

Outer$Inner类有个实例变量outer指向外部类的对象,它在构造方法中被初始化,Outer在新建Outer$Inner对象时给它传递当前对象,由于内部类访问了外部类的私有变量和方法,外部类Outer生成了两个非私有静态方法:access$0用于访问变量a, access$1用于访问方法action。

应用场景

如果内部类与外部类关系密切,需要访问外部类的实例变量或方法,则可以考虑定义为成员内部类。外部类的一些方法的返回值可能是某个接口,为了返回这个接口,外部类方法可能使用内部类实现这个接口,这个内部类可以被设为private,对外完全隐藏。

例:在Java API的类LinkedList中,它的两个方法listIterator和descendingIterator的返回值都是接口Iterator,调用者可以通过Iterator接口对链表遍历,listIterator和descend-ingIterator内部分别使用了成员内部类ListItr和DescendingIterator,这两个内部类都实现了接口Iterator。

方法内部类

内部类还可以定义在一个方法体中。方法内部类只能在定义的方法内被使用。

  1. 如果方法是实例方法,则除了静态变量和方法,内部类还可以直接访问外部类的实例变量和方法。

  2. 如果方法是静态方法,则方法内部类只能访问外部类的静态变量和方法。

  3. 方法内部类还可以直接访问方法的参数和方法中的局部变量,不过,这些变量必须被声明为final。

方法内部类实现原理

示例代码:

内部实现时,同样生成两个类,代码大概如下:

与成员内部类类似,OuterInner类也有一个实例变量outer指向外部对象,在构造方法中被初始化,对外部私有实例变量的访问也是通过Outer添加的方法access$0来进行的。

方法内部类可以访问方法中的参数和局部变量,这是通过在构造方法中传递参数来实现的,如OuterInner构造方法中有参数int param,在新建OuterInner对象时,Outer类将方法中的参数传递给了内部类,如OuterInner inner = new OuterInner(this, param); 。在上面的代码中,String str并没有被作为参数传递,这是因为它被定义为了常量,在生成的代码中,可以直接使用它的值。

这也解释了为什么方法内部类访问外部方法中的参数和局部变量时,这些变量必须被声明为final,因为实际上,方法内部类操作的并不是外部的变量,而是它自己的实例变量(最后一行:System.out.println("local var" + "hello");),只是这些变量的值和外部一样,对这些变量赋值,并不会改变外部的值,为避免混淆,所以干脆强制规定必须声明为final。

如果的确需要修改外部的变量,那么可以将变量改为只含该变量的数组,修改数组中的值。

匿名内部类

匿名内部类没有单独的类定义,它在创建对象的同时定义类。

匿名内部类是与new关联的,在创建对象的时候定义类,new后面是父类或者父接口,然后是圆括号(),里面可以是传递给父类构造方法的参数,最后是大括号{},里面是类的定义。

语法如下:

或者

匿名内部类只能被使用一次,用来创建一个对象。

  • 它没有名字,没有构造方法,但可以根据参数列表,调用对应的父类构造方法。

  • 它可以定义实例变量和方法,可以有初始化代码块,初始化代码块可以起到构造方法的作用,只是构造方法可以有多个,而初始化代码块只能有一份。因为没有构造方法,它自己无法接受参数,如果必须要参数,则应该使用其他内部类。

  • 与方法内部类一样,匿名内部类也可以访问外部类的所有变量和方法,可以访问方法中的final参数和局部变量。

实现原理

每个匿名内部类也都被生成为一个独立的类,只是类的名字以外部类加数字编号,没有有意义的名字。

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