解析Java编程思想--内部类

一个类的定义可以放在另一个类的定义内，它叫做内部类。内部类是一种非常有用的特性，因为它可以让你将逻辑相关的类组织在一起，并且控制类的视觉效果。但我们必须认识到，内部类和组合是截然不同的概念。在最初，内部类看起来就像是一种代码隐藏机制：将类置于其他类的内部。但是，你将会了解到，内部类远不止如此，他能了解外围类，并能与之通信。

    一、创建内部类

public class Parcel1 {class Contents {private int i = 11;public int value() {return i;
}
}class Destination {private String label;
Destination(String whereTo) {
label = whereTo;
}String readLabel() {return label;
}

}public void ship(String dest) {

Contents c = new Contents();

Destination d = new Destination(dest);

System.out.println(d.readLabel());

}public static void main(String[] args) {

Parcel1 p = new Parcel1();

p.ship("Tasmania");

}

}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839类型：[java]

    当我们在ship方法里面使用内部类时，与使用普通的类没有什么不同。在这里，实际的区别只是内部类的名字是嵌套在Parcel1里面的。

public class Parcel2 {class Contents {private int i = 11;public int value() {return i;
}
}class Destination {private String label;
Destination(String whereTo) {
label = whereTo;
}String readLabel() {return label;
.}
.}
.public Destination to(String s) {
.return new Destination(s);
.}public Contents contents() {
.return new Contents();
.}
.public void ship(String dest) {
.Contents c = new Contents();
.Destination d = to(dest);
.System.out.println(d.readLabel());
.}
.public static void main(String[] args) {
.Parcel2 parcel2 = new Parcel2();
.parcel2.ship("Tasmania");
.Parcel2 q = new Parcel2();
.Parcel2.Contents c = q.contents();
.Parcel2.Destination d = q.to("");
.}
.}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536类型：[java]

    更典型的是，外部类将有一个方法，该方法返回一个指向内部类的引用，就像在to()和contents()方法中看到的那样：

    二、链接到外部类

    到目前为止，内部类似乎还只是一种名字隐藏和组织代码的模式。他还有其他的用途。当生成一个内部类的对象时，此对象与制造他的外围对象之间就有了一种联系，所以他能访问其外围对象的所有成员，二不需要任何条件。此外，内部类还拥有其外围类的所有元素的访问权。下面的例子说明了这点：

public class Sequence {private Object[] items;private int next = 0;public Sequence(int size) {
items = new Object[size];
}public void add(Object x) {if (next < items.length) {
items[next++] = x;
}
}public Selector selector() {return new SequenceSelector();
}private class SequenceSelector implements Selector {private int i = 0;@Overridepublic boolean end() {return i == items.length;
}@Overridepublic Object current() {return items[i];
}@Overridepublic void next() {if (i < items.length) i++;
}
}public static void main(String[] args) {
Sequence sequence = new Sequence(10);for (int i = 0; i < 10; i++) {
sequence.add(Integer.toString(i));
Selector selector = sequence.selector();
}
}
}interface Selector {boolean end();Object current();void next();
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243类型：[java]

    最初看到SequenceSelector，可能会觉得他只不过是另一个内部类罢了。但是end()、current()和next()都用到了objects，这是一个引用，他并不是SequenceSelector的一部分，而是外围类的一个private字段。然而内部内可以访问其外围类的方法和字段，就像自己拥有他们似的，这带来的很大的方便。

    所以内部类自动拥有对外围类所有成员的访问权是如何做到的呢？当某个外围类的对象创建了一个内部类对象时，此内部类必定会秘密的捕获一个指向那个外围类对象的引用。然后，在你访问此外围类的成员时，就是用那个引用来选择外围类的成员。编译器会帮你处理所有的细节。但你现在可以看到：内部类的对象只能在与其外围类的对象相关联的情况下才能被创建（内部类不是static）时。构建内部类对象时，需要一个指向其外围类对象的引用，如果编译器访问不到这个引用就会报错。

    三、使用this与new

    如果你需要生成对外部类对象的引用，可以使用外部类的名字后面紧跟圆点和this。这样产生的引用自动具有正确的类型，这一点在编译期就被知晓并受到检查，因此没有任何运行时开销。

public class DotThis {void f() {
System.out.println("DotThis.f()");
}public class Inner {public DotThis outer() {return DotThis.this;
}
}public Inner inner() {return new Inner();
}public static void main(String[] args) {
DotThis dotThis = new DotThis();
DotThis.Inner dti = dotThis.inner();
dti.outer();
}
}12345678910111213141516171819类型：[java]

    有时你可能想要告知其他对象，去创建其某个内部类的对象。要实现此目的，你必须在new表达式中提供对其他外部类对象的引用，这是需要使用.new语法：

class DotNew {public class Inner {
}public static void main(String[] args) {
DotNew dotNew = new DotNew();
DotNew.Inner dni = dotNew.new Inner();
}
}123456789类型：[java]

    在拥有外部类对象之前是不可能创建内部类对象的。这是因为内部类对象会暗暗的连接到创建他的外部类对象上。但是，你如果创建的是静态内部类，那么他就不需要对外部类的引用。

    四、内部类和向上转型

    当将内部类向上转型为其基类，尤其是转型为一个接口的时候，内部类就有了用武之地。这是因为此内部类-某个接口的实现-能够完全不可见，并且不可用。所得到的只是指向基类或者接口的引用，所以能够很方便的隐藏实现细节。

public interface Destination {String readLabel();
}public interface Contents {int value();
}1234567类型：[java]

    现在Contents和Destination表示客户端程序员可用的接口。

    当取得了一个指向基类或接口的引用时，甚至可能无法找出他确切的类型，例如：

public class Parcel4 {private class PContents implements Contents {private int i = 11;@Overridepublic int value() {return i;
}
}protected class PDestination implements Destination {private String label;public PDestination(String label) {this.label = label;
}@Overridepublic String readLabel() {return label;
}
}public Destination destination(String s) {return new PDestination(s);
}public Contents contents() {return new PContents();
}
}class TestParcel {public static void main(String[] args) {
Parcel4 parcel4 = new Parcel4();
Contents c = parcel4.contents();
Destination d = parcel4.destination("Tasmania");
}
}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233类型：[java]

    Parcel4增加了一些新东西：内部类PContents是private，所以除了Parcel4，没有人能访问他。PDestination是protected，所以只有Parcel4及其子类、还有与Parcel4同一个包中的类能访问PDestination，其他类都不能访问PDestination。这意味着客户端程序员想了解或者访问这些成员，是要受到限制的。实际上，甚至不能向下转型为private内部类或protected类，因此不能访问其名字，就像TestParcel类中看到的那样。

    于是private内部类给类设计者提供了一种途径，通过这种方式可以完全阻止任何依赖于类型的编码，并且完全隐藏了实现的细节。

    此外，从客户端程序员的角度来看，由于不能访问任何新增加的、原本不属于公共接口的方法，所以扩展接口是没有价值的。这也给java编译器提供了生成更高效代码的机会。

    五、在方法和作用域内的内部类

    到目前为止，读者所看到的都是内部类的典型用途。通常，如果所读、写的代码包含了内部类，那么他们都是平凡的内部类，简单并且容易理解。然而，内部类的语法覆盖了大量其他的更加难以理解的技术。例如，可以在一个方法里面或者任意的作用域定义内部类。这么做有两个理由：

    如前所示，你实现了某类型的接口，于是可以创建并返回对其的引用

    你要解决一个复杂的问题，想创建一个类来辅助你的解决方案，但是又不希望这个类是公共可用的。

    在后面的例子中，先前的代码将被修改，以用来实现：

    一个定义在方法中的类

    一个定义在作用域内的类，此作用域在方法的内部

    一个实现了接口的匿名类

    一个匿名类，他扩展了非默认构造器的类

    一个匿名类，他执行字段初始化

    一个匿名类，它通过实例初始化实现构造（匿名类不可能有构造器）

    第一个例子展示了在方法作用域内（而不是在其他类的作用域内）创建一个完整的类，这叫做局部内部类：

public class Parcel5 {  public Destination destination(String s) { class PDestination implements Destination {   private String label;   @Override
   public String readLabel() {  return null;
   }
 } return new PDestination();
  }  public static void main(String[] args) {
 Parcel5 parcel5 = new Parcel5();
 Destination d = parcel5.destination("test");
  }
}123456789101112131415161718类型：[java]

    PDestination类是destination()方法的一部分，而不是Parcel5的一部分。所以，在destination()之外不能访问PDestination。注意出现在return语句中的向上转型--返回的类型是Destination的引用，他是PDestination的基类。当然，在destination()中定义了内部类PDestination，并不意味着dest()方法执行完毕，PDestination就不可用了。

    你剋有在同一个子目录下的任意类中对某个内部类使用类标识符PDestination，这并不会引起命名冲突。

    下面的例子展示了如何在任意的作用域内嵌入一个内部类:

public class Parcel6 {private void internalTracking(boolean b) {if (b) {class TrackingSlip {
}
} 
}
}123456789类型：[java]

    TrackingSlip类被嵌入在if语句的作用域内，这并不是说该类的创建是有条件的，他其实与其他类一起编译过了。然而，在定义TrackingSlip的作用域外，他是不可用的，除此之外与普通的类一样。

    六、匿名内部类

    下面的例子看起来奇怪：

public class Parcel7 {public Contents contents() {return new Contents() {@Overridepublic int value() {return 0;
}
};
}public static void main(String[] args) {
Parcel7 parcel7 = new Parcel7();
Contents c = parcel7.contents();
}
}123456789101112131415类型：[java]

    这种奇怪的语法是指：创建一个继承自Contents的匿名类的对象。通过new表达式返回的引用被自动向上转型为对Contents的引用。

    在这个匿名内部类中，使用了默认的构造器来生成Contents。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。

public class Parcel8 {public Wrapping wrapping(int x) {return new Wrapping(x) {@Overridepublic int value() {return super.value();
}
};
}
}class Wrapping {private int i;public Wrapping(int i) {this.i = i;
}public int value() {return i;
}
}1234567891011121314151617181920类型：[java]

    如果定义一个匿名内部类，并且希望他使用一个在其外部定义的对象，那么编译器会要求其参数引用是final的。

    如果想要做一些类似构造器的行为，应该怎么办呢？在匿名内部类中不可能有命名构造器，但通过实例初始化，就能够达到为匿名内部类创建一个构造器的效果。如下所示：

public class AnonymousConstructor {public static Base getBase(int i) {return new Base(i) {
{
System.out.println("Inside instance");
}@Overridepublic void f() {
}
};
}public static void main(String[] args) {
Base base = getBase(1);
base.f();
}
}abstract class Base {public Base(int i) {
System.out.println("base");
}public abstract void f();
}1234567891011121314151617181920212223类型：[java]

    在这个例子中，不要求变量i一定是final的。因为i被传递给匿名类的基类的构造器，他并不会在匿名类内部被直接使用。

    七、嵌套类

    如果不需要内部类对象与其外围类对象之间有联系，那么可以将内部类声明为static。这通常称为嵌套类。想要理解static应用于内部类时的含义，就必须记住，普通的内部类对象隐式的保存了一个引用，指向创建它的外围类对象。然而，当内部类是static的时，就不是这样的。嵌套类意味着：

    要创建嵌套类的对象，不需要其外围类的对象

    不能从嵌套类的对象中访问非静态的外围类对象

    嵌套类与普通的内部类还有一个区别。普通内部类的字段与方法，只能放在类的外部层次上，所以普通的内部类不能有static数据和static字段，也不能包含嵌套类。但是嵌套类可以包含这些东西:

public class Parcel11 {private static class ParcelContents implements Contents {private int i = 11;@Overridepublic int value() {return 0;
}
}protected static class ParcelDestination implements Destination {private String label;public static void f() {
}static int x = 10;static class AnotherLevel {public static void f() {
}static int x = 10;
}private ParcelDestination(String whereTo) {
label = whereTo;
}@Overridepublic String readLabel() {return null;
}
}public static Destination destination(String s) {return new ParcelDestination(s);
}public static Contents contents() {return new ParcelContents();
}public static void main(String[] args) {
Contents c = contents();
Destination destination = destination("test");
}
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738类型：[java]

    在main()中，没有任何Parcel11的对象是必须的。而是使用选取static成员的普通语法来调用方法--这些方法返回对Contents和Destination的引用。

    就像前面所说的，在一个普通（非static）内部类中，通过一个特殊的this引用可以链接到外围类对象。嵌套类就没有这个特殊的this引用。

    1、接口内部的类

    正常情况下，不能在接口内部防止任何代码，但是嵌套类可以作为接口的一部分。放到接口中的任何类都自动是public和static的。因为类是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。你甚至可以在内部类中实现其外围接口。

public interface ClassInInterface {void howdy();class Test implements ClassInInterface {
}
}123456类型：[java]

    如果你想要创建某些公共代码，使得他们可以被某个接口的所有不同实现所公用，那么使用接口内部的嵌套类会显得很方便。

    2、从多层嵌套类中访问外部类的成员

    一个内部类被嵌套多少层并不重要，他能透明的访问所有它所嵌入的外围类的所有成员。

class MNA {private void f() {}class A {private void B() {private void g() {}
}class B {void h() {
g();
f();
}
}
}
}123456789101112131415类型：[java]

    八、为什么需要内部类

    一般来说，内部类继承自某个类或者某个接口，内部类的代码操作创建它的外围类的对象。所以可以认为内部类提供了某种进入其外围类的窗口。

    内部类必须要回答的一个问题是：如果只是需要一个接口的引用，为什么不通过外围类来实现这个接口呢？答案是：如果这能满足需求，那就应该这样做。那么内部类实现一个接口与外围类实现这个接口有什么区别呢？答案是：后者不是总能享受到接口带来的方便，有时候需要用到接口的实现。所以，使用内部类最吸引人的原因是：每个内部类都能独立的继承一个接口的实现，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。

    如果没有内部类提供的'可以继承多个具体或抽象的类的能力，一些设计和编程问题就很难解决。从这个角度看，内部类使得多重继承的解决方案变得完整。接口解决了部分问题，而内部类有效的实现了多重继承。也就是说，内部类允许继承多个非接口类型（类或者抽象类）。

    为了看到更多的细节，让我们考虑这样一种情形：即必须在一个类中以某种形式实现两个接口。由于接口的灵活性，你有两种选择，使用单一类，或者使用内部类。

public class MultiInterfaces {interface A {
}interface B {
}
;class X implements A, B {
}class Y implements A {B makeB() {return new B() {
};
}
}
}12345678910111213141516类型：[java]

    当然，这里假设在两种方式下的代码结构都确实有逻辑意义。然而遇到问题的时候，通常问题本身就能给出某些指引，告诉你是应该使用单一类，还是使用内部类。但如果没有任何其他限制，从实现的观点来看，前面的例子并没有什么区别，他们都能正常运作。

    但是如果拥有的是抽象的类或者具体的类，而不是接口，那就只能使用内部类才能实现多重继承。

public class MultiImplementation {class D {
}abstract class E {
}class Z extends D {E makeE() {return new E() {
};
}
}
}12345678910111213类型：[java]

    但如果不需要解决多重继承的问题，那么自然可以用别的方式进行编码，而不需要使用内部类。但如果使用内部类，还可以获得一些其他的特性：

    内部类可以有多个实例，每个实例都有自己的状态信息，并且与其外围内对象的信息相互独立

    在单个外围类中，可以让多个内部类以不同的方式实现同一个接口，或继承同一个类

    创建内部类对象的时刻并不依赖于外围类对象的创建

    内部类没有令人迷惑的is-a关系，他就是一个独立的实体

    九、内部类的继承

    因为内部类的构造器必须连接到指向其外围类对象的引用，所以在继承内部类的时候，事情会变得有些复杂。问题在于，那个指向外围类对象的秘密的引用必须被初始化，而在子类不再存在可连接的默认对象。要解决这个问题，必须使用特殊的语法来明确说清他们之间的关联：

class WithInner {class Inner {
}
}public class InheritInner extends Inner {public InheritInner(WithInner withInner) {
withInner.super();
}public static void main(String[] args) {
WithInner withInner = new WithInner();
InheritInner inheritInner = new InheritInner(withInner);
}
}1234567891011121314类型：[java]

    可以看到，InheritInner只继承内部类，而不是外围类。但是要生成一个构造器时，默认的构造器并不算好，而且不能只是传递一个指向外围类对象的引用。此外，必须在构造器内部使用如下语法:

    十、局部内部类

    既然局部内部类的名字在方法外是不可见的，那为什么我们仍然使用局部内部类而不是匿名内部类呢？唯一的理由是我们需要一个已命名的构造器，或者需要重载构造器，而匿名内部类是能用于实例化。

    所以使用局部内部类而不是用匿名内部类的另一个理由就是，需要不止一个该内部类的对象。

    十一、内部类标识符

    由于每个类都会产生一个.class，其中包含了如何创建该类型的对象的全部信息，你可能猜到了，内部类也必须生成一个.class文件以包含他们的class对象信息。这些类文件的命名有严格的规则：外围类的名字，加上$，再加上内部类的名字。

    如果内部类是匿名的，编译器会简单的产生一个数字作为其标识符。如果内部类是嵌套在别的内部类中，只需直接将他们的名字加载其外围类标识符与$的后面