小白學Java：內部類
內部類是封裝的一種形式，是定義在類或接口中的類。
內部類的分類
成員內部類
即定義的內部類作為外部類的一個普通成員（非static），就像下面這樣：
public class Outer {
class Inner{
private String id = "夏天";
public String getId() {
return id;
}
}
public Inner returnInner(){
return new Inner();
}
public void show(){
Inner in = new Inner();
System.out.println(in.id);
}
}
我們通過以上一個簡單的示例，可以得出以下幾點：
- Inner類就是內部類，它的定義在Outer類的內部。
- Outer類中的returnInner方法返回一個Inner類型的對象。
- Outer類中的show方法通過我們熟悉的方式創建了Inner示例並訪問了其私有屬性。
可以看到，我們像使用正常類一樣使用內部類，但實際上，內部類有許多奧妙，值得我們去學習。至於內部類的用處，我們暫且不談，先學習它的語法也不遲。我們在另外一個類中再試着創建一下這個Inner對象吧：
class OuterTest{
public static void main(String[] args) {
//!false:Inner in = new Inner();
Outer o = new Outer();
o.show();
Outer.Inner in = o.returnInner();
//!false: can't access --System.out.println(in.id);
System.out.println(in.getId());
}
}
哦呦，有意思了，我們在另一個類OuterTest中再次測試我們之前定義的內部類，結果出現了非常明顯的變化，我們陷入了沉思：
- 我們不能夠像之前一樣，用
Inner in = new Inner();創建內部類實例。 - 沒關系，我們可以通過Outer對象的
returnInner方法，來創建一個實例，成功！ - 需要注意的是：我們如果需要一個內部類類型的變量指向這個實例，我們需要明確指明類型為：
Outer.Inner，即外部類名.內部類名。 - 好啦，得到的內部類對象，我們試着直接去訪問它的私有屬性！失敗！
- 那就老老實實地通過
getId方法訪問吧，成功！
說到這，我們大概就能猜測到：內部類的存在可以很好地隱藏一部分具有聯系代碼，實現了那句話：我想讓你看到的東西你隨便看，不想讓你看的東西你想看，門都沒有。
鏈接到外部類
其實我們之前在分析ArrayList源碼的時候，曾經接觸過內部類。我們在學習迭代器設計模式的時候，也曾領略過內部類帶了的奧妙之處。下面我通過《Java編程思想》上：通過一個內部類實現迭代器模式的簡單案例做相應的分析與學習：
首先呢，定義一個“選擇器”接口：
interface Selector {
boolean end();//判斷是否到達終點
void next();//移到下一個元素
Object current();//訪問當前元素
}
然后，定義一個序列類Sequence：
public class Sequence {
private Object[] items;
private int next = 0;
//構造器
public Sequence(int size) {
items = new Object[size];
}
public void add(Object x) {
if (next < items.length) {
items[next++] = x;
}
}
//該內部類可以訪問外部類所有成員（包括私有成員）
private class SequenceSelector implements Selector {
private int i = 0;
@Override
public boolean end() {
return i == items.length;
}
@Override
public void next() {
if (i < items.length) {
i++;
}
}
@Override
public Object current() {
return items[i];
}
}
//向上轉型為接口，隱藏實現的細節
public Selector selector() {
return new SequenceSelector();
}
}
- 內部類
SequenceSelector以private修飾，實現了Selector接口，提供了方法的具體實現。 - 內部類訪問外部類的私有成員
items，可以得出結論：內部類自動擁有對其外部類所有成員的訪問權。
當內部類是非static時，當外部類對象創建了一個內部類對象時，內部類對象會產生一個指向外部類的對象的引用，所以非static內部類可以看到外部類的一切。
- 外部類
Sequence的selector方法返回了一個內部類實例，意思就是用接口類型接收實現類的實例，實現向上轉型，既隱藏了實現細節，又利於擴展。
我們看一下具體的測試方法：
public static void main(String[] args) {
Sequence sq = new Sequence(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sq.add(Integer.toString(i));
}
//產生我們設計的選擇器
Selector sl = sq.selector();
while (!sl.end()) {
System.out.print(sl.current() + " ");
sl.next();
}
}
- 隱藏實現細節：使用Sequence序列存儲對象時，不需要關心內部迭代的具體實現，用就完事了，這正是內部類配合迭代器設計模式體現的高度隱藏。
- 利於擴展：我們如果要設計一個反向迭代，可以在Sequence內部再定義一個內部類，並提供Selector接口的實現細節，及其利於擴展，妙啊。
.new和.this
我們稍微修改一下最初的Outer:
public class Outer {
String id = "喬巴";
class Inner{
private String id = "夏天";
public String getId() {
return id;
}
public String getOuterId(){
return Outer.this.id;
}
public Outer returnOuter(){
return Outer.this;
}
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
System.out.println(o.new Inner().getId());//夏天
System.out.println(o.new Inner().getOuterId());//喬巴
}
}
- 在內部類Inner體內添加了returnOuter的引用，
return Outer.this;，即外部類名.this。 - 我們可以發現，內部類內外具有同名的屬性，我們在內部類中，不加任何修飾的情況下默認調用內部類里的屬性，我們可以通過引用的形式訪問外部類的id屬性，即
Outer.this.id。
我們來測試一波：
public static void main(String[] args) {
Outer.Inner oi = new Outer().new Inner();
System.out.println(oi.getId());//夏天
Outer o = oi.returnOuter();
System.out.println(o.id);//喬巴
}
- 外部類產生內部類對象的方法已經被我們刪除了，這時我們如果想要通過外部類對象創建一個內部類對象：
Outer.Inner oi = new Outer().new Inner();，即在外部類對象后面用.new 內部類構造器。
我們對內部類指向外部類對象的引用進行更加深入的理解與體會，我們會發現，上面的代碼在編譯之后，會產生兩個字節碼文件：
Outer$Inner.class和Outer.class。我們對Outer$Inner.class進行反編譯：
確實，內部類在創建的過程中，依靠外部類對象，而且會產生一個指向外部類對象的引用。
局部內部類
方法作用域內部類
即在方法作用域內創建一個完整的類。
public class Outer {
public TestOuter test(final String s){
class Inner implements TestOuter{
@Override
public void testM() {
//!false: s+="g";
System.out.println(s);
}
}
return new Inner();
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
o.test("天喬巴夏").testM();//天喬巴夏
}
}
interface TestOuter{
void testM();
}
需要注意兩點：
- 此時Inner類是test方法的一部分，Outer不能在該方法之外訪問Inner。
- 方法傳入的參數s和方法內本身的局部變量都需要以final修飾，不能被改變！！！
JDK1.8之后可以不用final顯式修飾傳入參數和局部變量，但其本身還是相當於final修飾的，不可改變。我們去掉final，進行反編譯：
任意作用域內的內部類
可以將內部類定義在任意的作用域內：
public class Outer {
public void test(final String s,final int value){
final int a = value;
if(value>2){
class Inner{
public void testM() {
//!false: s+="g";
//!false: a+=1;
System.out.println(s+", "+a);
}
}
Inner in = new Inner();
in.testM();
}
//!false:Inner i = new Inner();
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
o.test("天喬巴夏",3);
}
}
同樣需要注意的是：
- 內部類定義在if條件代碼塊中，並不意味着創建該內部類有相應的條件。內部類一開始就會被創建，if條件只決定能不能用里頭的東西。
- 如上所示，if作用域之外，編譯器就不認識內部類了，因為它藏起來了。
靜態內部類
即用static修飾的成員內部類，歸屬於類，即它不存在指向外部類的引用。
public class Outer {
static int a = 5;
int b = 6;
static class Inner{
static int value;
public void show(){
//!false System.out.println(b);
System.out.println(a);
}
}
}
class OuterTest {
public static void main(String[] args) {
Outer.Inner oi = new Outer.Inner();
oi.show();
}
}
需要注意的是：
- 靜態內部類也可以定義非靜態的成員屬性和方法。
- 靜態內部類對象的創建不依靠外部類的對象，可以直接通過：
new Outer.Inner()創建內部類對象。 - 靜態內部類中可以包含靜態屬性和方法，而除了靜態內部類之外，即我們上面所說的所有的內部類內部都不能有（但是可以有靜態常量
static final修飾）。 - 靜態內部類不能訪問非靜態的外部類成員。
- 最后，我們反編譯驗證一下：
匿名內部類
這個類型的內部類，看着名字就怪怪的，我們先看看一段違反我們認知的代碼：
public class Outer {
public InterfaceInner inner(){
//創建一個實現InterfaceInner接口的是實現類對象
return new InterfaceInner() {
@Override
public void show() {
System.out.println("Outer.show");
}
};
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
o.inner().show();
}
}
interface InterfaceInner{
void show();
}
真的非常奇怪，乍一看，InterfaceInner是個接口，而Outer類的inner方法怎么出現了new InterfaceInner()的字眼呢？接口不是不能創建實例對象的么？
確實，這就是匿名內部類的一個使用，其實inner方法返回的是實現了接口方法的實現類對象，我們可以看到分號結尾，代表一個完整的表達式，只不過表達式包含着接口實現，有點長罷了。所以上面匿名內部類的語法其實就是下面這種形式的簡化形式：
public class Outer {
class Inner implements InterfaceInner{
@Override
public void show(){
System.out.println("Outer.show");
}
}
public InterfaceInner inner(){
return new Inner();
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
o.inner().show();
}
}
interface InterfaceInner{
void show();
}
不僅僅是接口，普通的類也可以被當作“接口”來使用：
public class Outer {
public OuterTest outerTest(int value) {
//參數傳給匿名類的基類構造器
return new OuterTest(value) {
@Override
public int getValue() {
return super.getValue() * 10;
}
};
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
System.out.println(o.outerTest(10).getValue());//100
}
}
class OuterTest {
public int value;
OuterTest(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return value;
}
}
需要注意的是：
- 匿名類既可以擴展類，也可以實現接口，當然抽象類就不再贅述了，普通類都可以，抽象類就更可以了。但不能同時做這兩件事，且每次最多實現一個接口。
- 匿名內部類沒有名字，所以自身沒有構造器。
- 針對類而言，上述匿名內部類的語法就表明：創建一個繼承OuterTest類的子類實例。所以可以在匿名內部類定義中調用父類方法與父類構造器。
- 傳入的參數傳遞給構造器，沒有在類中直接使用，可以不用在參數前加final。
內部類的繼承
內部類可以被繼承，但是和我們普通的類繼承有些出處。具體來看一下：
public class Outer {
class Inner{
private int value = 100;
Inner(){
}
Inner(int value){
this.value = value;
}
public void f(){
System.out.println("Inner.f "+value);
}
}
}
class TestOuter extends Outer.Inner{
TestOuter(Outer o){
o.super();
}
TestOuter(Outer o,int value){
o.super(value);
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
TestOuter tt = new TestOuter(o);
TestOuter t = new TestOuter(o,10);
tt.f();
t.f();
}
}
我們可以發現的是：
- 一個類繼承內部類的形式：
class A extends Outer.Inner{}。 - 內部類的構造器必須鏈接到指向外部類對象的引用上，
o.super();，即都需要傳入外部類對象作為參數。
內部類有啥用
可以看到的一點就是，內部類內部的實現細節可以被很好地進行封裝。而且Java中存在接口的多實現，雖然一定程度上彌補了Java“不支持多繼承”的特點，但內部類的存在使其更加優秀，可以看看下面這個例子：
//假設A、B是兩個接口
class First implements A{
B makeB(){
return new B() {
};
}
}
這是一個通過匿名內部類實現接口功能的簡單的例子。對於接口而言，我們完全可以通過下面這樣進行，因為Java中一個類可以實現多個接口：
class First implements A,B{
}
但是除了接口之外，像普通的類，像抽象類，都可以定義獨立的內部類去單獨繼承並實現，使用內部類使“多重繼承”更加完善。
由於后面的許多內容還沒有涉及到，學習到，所以總結的比較淺顯，並沒有做特別深入，特別真實的場景模擬，之后有時間會再做系統性的總結。如果有敘述錯誤的地方，還望評論區批評指針，共同進步。
參考：
《Java 編程思想》
https://stackoverflow.com/questions/70324/java-inner-class-and-static-nested-class?r=SearchResults