深入理解Java内部类

柔光的暖阳◎ 2022-06-05 09:18 262阅读 0赞

## 一、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

## 二、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。

## 三、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
 *  可以实现多重继承
 *  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:

public class Example1 { public String name(){ return "liutao"; } } public class Example2 { public int age(){ return 25; } } public class MainExample { private class test1 extends Example1{ public String name(){ return super.name(); } } private class test2 extends Example2 { public int age(){ return super.age(); } } public String name(){ return new test1().name(); } public int age(){ return new test2().age(); } public static void main(String args[]){ MainExample mi=new MainExample(); System.out.println("姓名:"+mi.name()); System.out.println("年龄:"+mi.age()); } }

## 四、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。

public class Outer { private static int i = 1; private int j = 10; private int k = 20; public static void outer_f1() {} public void outer_f2() {} // 成员内部类中，不能定义静态成员 // 成员内部类中，可以访问外部类的所有成员 class Inner { // static int inner_i = 100;//内部类中不允许定义静态变量 int j = 100; // 内部类和外部类的实例变量可以共存 int inner_i = 1; void inner_f1() { System.out.println(i); // 在内部类中访问内部类自己的变量直接用变量名 System.out.println(j); // 在内部类中访问内部类自己的变量也可以用this.变量名 System.out.println(this.j); // 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 System.out.println(Outer.this.j); // 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 System.out.println(k); outer_f1(); outer_f2(); } } // 外部类的非静态方法访问成员内部类 public void outer_f3() { Inner inner = new Inner(); inner.inner_f1(); } // 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 public static void outer_f4() { // step1 建立外部类对象 Outer out = new Outer(); // step2 根据外部类对象建立内部类对象 Inner inner = out.new Inner(); // step3 访问内部类的方法 inner.inner_f1(); } public static void main(String[] args) { //outer_f4();//该语句的输出结果和下面三条语句的输出结果一样 // 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， // 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 // 创建其内部类的一个对象： // Outer.Inner outin = out.new Inner() // 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 // 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， // 那就不需要对其外围类对象的引用。 Outer out = new Outer(); Outer.Inner outin = out.new Inner(); outin.inner_f1(); } }

## 六、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)、局部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)、局部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

public class Outer { private int s = 100; private int out_i = 1; public void f(final int k) { final int s = 200; int i = 1; final int j = 10; // 定义在方法内部 class Inner { int s = 300;// 可以定义与外部类同名的变量 // static int m = 20;//不可以定义静态变量 Inner(int k) { inner_f(k); } int inner_i = 100; void inner_f(int k) { // 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 System.out.println(out_i); // 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 System.out.println(j); // System.out.println(i); // 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 System.out.println(s); // 用this.变量名访问的也是内部类变量 System.out.println(this.s); // 用外部类名.this.内部类变量名访问的是外部类变量 System.out.println(Outer.this.s); } } new Inner(k); } public static void main(String[] args) { // 访问局部内部类必须先有外部类对象 Outer out = new Outer(); out.f(3); } }

## 七、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。

public class Outer { private static int i = 1; private int j = 10; public static void outer_f1() {} public void outer_f2() {} // 静态内部类可以用public,protected,private修饰 // 静态内部类中可以定义静态或者非静态的成员 private static class Inner { static int inner_i = 100; int inner_j = 200; static void inner_f1() { // 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) System.out.println("Outer.i" + i); outer_f1(); } void inner_f2() { // 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) // System.out.println("Outer.i"+j); // outer_f2(); } } public void outer_f3() { // 外部类访问内部类的静态成员：内部类.静态成员 System.out.println(Inner.inner_i); Inner.inner_f1(); // 外部类访问内部类的非静态成员:实例化内部类即可 Inner inner = new Inner(); inner.inner_f2(); } public static void main(String[] args) { new Outer().outer_f3(); } }

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）

## 八、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：

public class Parcel7 { public Wrapping wrap(int x) { // Base constructor call: return new Wrapping(x) { // Pass constructor argument. public int value() { return super.value() * 47; } }; // Semicolon required } public static void main(String[] args) { Parcel7 p = new Parcel7(); Wrapping w = p.wrap(10); } }

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：

public class Parcel8 { // Argument must be final to use inside // anonymous inner class: public Destination dest(final String name, String city) { return new Destination(name, city) { private String label = name; public String getName() { return label; } }; } public static void main(String[] args) { Parcel8 p = new Parcel8(); Destination d = p.dest("Tanzania", "gz"); } abstract class Destination { Destination(String name, String city) { System.out.println(city); } abstract String getName(); } }

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。

## 九、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：

class Egg { private Yolk y; protected class Yolk { public Yolk() { System.out.println("Egg.Yolk()"); } } public Egg() { System.out.println("New Egg()"); y = new Yolk(); } } public class BigEgg extends Egg { public class Yolk { public Yolk() { System.out.println("BigEgg.Yolk()"); } } public static void main(String[] args) { new BigEgg(); } }

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：

class Egg2 { protected class Yolk { public Yolk() { System.out.println("Egg2.Yolk()"); } public void f() { System.out.println("Egg2.Yolk.f()"); } } private Yolk y = new Yolk(); public Egg2() { System.out.println("New Egg2()"); } public void insertYolk(Yolk yy) { y = yy; } public void g() { y.f(); } } public class BigEgg2 extends Egg2 { public class Yolk extends Egg2.Yolk { public Yolk() { System.out.println("BigEgg2.Yolk()"); } public void f() { System.out.println("BigEgg2.Yolk.f()"); } } public BigEgg2() { insertYolk(new Yolk()); } public static void main(String[] args) { Egg2 e2 = new BigEgg2(); e2.g(); } }

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。

## 十、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：

class WithInner { class Inner { Inner(){ System.out.println("this is a constructor in WithInner.Inner"); }; } } public class InheritInner extends WithInner.Inner { // ! InheritInner() {} // Won't compile InheritInner(WithInner wi) { wi.super(); System.out.println("this is a constructor in InheritInner"); } public static void main(String[] args) { WithInner wi = new WithInner(); InheritInner ii = new InheritInner(wi); } }

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：

public class InnerClassDemo{ int x; class A{ static int a = 0;//这样写是不合法的. static final int b=0;//这样写是合法的 } }

定义一个静态的域或者方法，要求在静态环境或者顶层环境，即如果加上 static class A变成静态内部类就ok非静态内部类 依赖于一个外部类对象，而静态域/方法是不依赖与对象——仅与类相关（细说了，就是加载静态域时，根本没有外部类对象）因此，非静态内部类中不能定义静态域/方法，编译过不了。

而常量之所以可以（不论有无static），因为java在编译期就确定所有常量，放到所谓的常量池当中。常量的机制和普通变量不一样