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内部类

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在Java程序中,通常情况下,我们把不同的类组织在不同的包下面,对于一个包下面的类来说,它们是在同一层次,没有父子关系:

java.lang
├── Math
├── Runnable
├── String
└── ...

还有一种类,它被定义在另一个类的内部,所以称为内部类(Nested Class)。Java的内部类分为好几种,通常情况用得不多,但也需要了解它们是如何使用的。

Inner Class

如果一个类定义在另一个类的内部,这个类就是Inner Class:

class Outer {
    class Inner {
        // 定义了一个Inner Class
    }
}

上述定义的Outer是一个普通类,而Inner是一个Inner Class,它与普通类有个最大的不同,就是Inner Class的实例不能单独存在,必须依附于一个Outer Class的实例。示例代码如下:

// inner class
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer("Nested"); // 实例化一个Outer
        Outer.Inner inner = outer.new Inner(); // 实例化一个Inner
        inner.hello();
    }
}

class Outer {
    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    class Inner {
        void hello() {
            System.out.println("Hello, " + Outer.this.name);
        }
    }
}

观察上述代码,要实例化一个Inner,我们必须首先创建一个Outer的实例,然后,调用Outer实例的new来创建Inner实例:

Outer.Inner inner = outer.new Inner();

这是因为Inner Class除了有一个this指向它自己,还隐含地持有一个Outer Class实例,可以用Outer.this访问这个实例。所以,实例化一个Inner Class不能脱离Outer实例。

Inner Class和普通Class相比,除了能引用Outer实例外,还有一个额外的“特权”,就是可以修改Outer Class的private字段,因为Inner Class的作用域在Outer Class内部,所以能访问Outer Class的private字段和方法。

观察Java编译器编译后的.class文件可以发现,Outer类被编译为Outer.class,而Inner类被编译为Outer$Inner.class

Anonymous Class

还有一种定义Inner Class的方法,它不需要在Outer Class中明确地定义这个Class,而是在方法内部,通过匿名类(Anonymous Class)来定义。示例代码如下:

// Anonymous Class
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer("Nested");
        outer.asyncHello();
    }
}

class Outer {
    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    void asyncHello() {
        Runnable r = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Hello, " + Outer.this.name);
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

观察asyncHello()方法,我们在方法内部实例化了一个RunnableRunnable本身是接口,接口是不能实例化的,所以这里实际上是定义了一个实现了Runnable接口的匿名类,并且通过new实例化该匿名类,然后转型为Runnable。在定义匿名类的时候就必须实例化它,定义匿名类的写法如下:

Runnable r = new Runnable() {
    // 实现必要的抽象方法...
};

匿名类和Inner Class一样,可以访问Outer Class的private字段和方法。之所以我们要定义匿名类,是因为在这里我们通常不关心类名,比直接定义Inner Class可以少写很多代码。

观察Java编译器编译后的.class文件可以发现,Outer类被编译为Outer.class,而匿名类被编译为Outer$1.class。如果有多个匿名类,Java编译器会将每个匿名类依次命名为Outer$1Outer$2Outer$3……

除了接口外,匿名类也完全可以继承自普通类。观察以下代码:

// Anonymous Class
----
import java.util.HashMap;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> map1 = new HashMap<>();
        HashMap<String, String> map2 = new HashMap<>() {}; // 匿名类!
        HashMap<String, String> map3 = new HashMap<>() {
            {
                put("A", "1");
                put("B", "2");
            }
        };
        System.out.println(map3.get("A"));
    }
}

map1是一个普通的HashMap实例,但map2是一个匿名类实例,只是该匿名类继承自HashMapmap3也是一个继承自HashMap的匿名类实例,并且添加了static代码块来初始化数据。观察编译输出可发现Main$1.classMain$2.class两个匿名类文件。

Static Nested Class

最后一种内部类和Inner Class类似,但是使用static修饰,称为静态内部类(Static Nested Class):

// Static Nested Class
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer.StaticNested sn = new Outer.StaticNested();
        sn.hello();
    }
}

class Outer {
    private static String NAME = "OUTER";

    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    static class StaticNested {
        void hello() {
            System.out.println("Hello, " + Outer.NAME);
        }
    }
}

static修饰的内部类和Inner Class有很大的不同,它不再依附于Outer的实例,而是一个完全独立的类,因此无法引用Outer.this,但它可以访问Outerprivate静态字段和静态方法。如果把StaticNested移到Outer之外,就失去了访问private的权限。

小结

Java的内部类可分为Inner Class、Anonymous Class和Static Nested Class三种:

  • Inner Class和Anonymous Class本质上是相同的,都必须依附于Outer Class的实例,即隐含地持有Outer.this实例,并拥有Outer Class的private访问权限;

  • Static Nested Class是独立类,但拥有Outer Class的private访问权限。


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