小白学Java：内部类
内部类是封装的一种形式，是定义在类或接口中的类。
内部类的分类
成员内部类
即定义的内部类作为外部类的一个普通成员（非static），就像下面这样：
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);
}
}
我们通过以上一个简单的示例，可以得出以下几点：
- Inner类就是内部类，它的定义在Outer类的内部。
- Outer类中的returnInner方法返回一个Inner类型的对象。
- Outer类中的show方法通过我们熟悉的方式创建了Inner示例并访问了其私有属性。
可以看到，我们像使用正常类一样使用内部类，但实际上，内部类有许多奥妙，值得我们去学习。至于内部类的用处，我们暂且不谈，先学习它的语法也不迟。我们在另外一个类中再试着创建一下这个Inner对象吧：
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，我们在另一个类OuterTest中再次测试我们之前定义的内部类，结果出现了非常明显的变化，我们陷入了沉思：
- 我们不能够像之前一样，用
Inner in = new Inner();创建内部类实例。 - 没关系，我们可以通过Outer对象的
returnInner方法，来创建一个实例，成功！ - 需要注意的是：我们如果需要一个内部类类型的变量指向这个实例，我们需要明确指明类型为：
Outer.Inner，即外部类名.内部类名。 - 好啦，得到的内部类对象，我们试着直接去访问它的私有属性！失败！
- 那就老老实实地通过
getId方法访问吧，成功！
说到这，我们大概就能猜测到：内部类的存在可以很好地隐藏一部分具有联系代码，实现了那句话：我想让你看到的东西你随便看，不想让你看的东西你想看，门都没有。
链接到外部类
其实我们之前在分析ArrayList源码的时候，曾经接触过内部类。我们在学习迭代器设计模式的时候，也曾领略过内部类带了的奥妙之处。下面我通过《Java编程思想》上：通过一个内部类实现迭代器模式的简单案例做相应的分析与学习：
首先呢，定义一个“选择器”接口：
interface Selector {
boolean end();//判断是否到达终点
void next();//移到下一个元素
Object current();//访问当前元素
}
然后，定义一个序列类Sequence：
public class Sequence {
private Object[] items;
private int next = 0;
//构造器
public Sequence(int size) {
items = new Object[size];
}
public void add(Object x) {
if (next < items.length) {
items[next++] = x;
}
}
//该内部类可以访问外部类所有成员（包括私有成员）
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];
}
}
//向上转型为接口，隐藏实现的细节
public Selector selector() {
return new SequenceSelector();
}
}
- 内部类
SequenceSelector以private修饰，实现了Selector接口，提供了方法的具体实现。 - 内部类访问外部类的私有成员
items，可以得出结论：内部类自动拥有对其外部类所有成员的访问权。
当内部类是非static时，当外部类对象创建了一个内部类对象时，内部类对象会产生一个指向外部类的对象的引用，所以非static内部类可以看到外部类的一切。
- 外部类
Sequence的selector方法返回了一个内部类实例，意思就是用接口类型接收实现类的实例，实现向上转型，既隐藏了实现细节，又利于扩展。
我们看一下具体的测试方法：
public static void main(String[] args) {
Sequence sq = new Sequence(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sq.add(Integer.toString(i));
}
//产生我们设计的选择器
Selector sl = sq.selector();
while (!sl.end()) {
System.out.print(sl.current() + " ");
sl.next();
}
}
- 隐藏实现细节：使用Sequence序列存储对象时，不需要关心内部迭代的具体实现，用就完事了，这正是内部类配合迭代器设计模式体现的高度隐藏。
- 利于扩展：我们如果要设计一个反向迭代，可以在Sequence内部再定义一个内部类，并提供Selector接口的实现细节，及其利于扩展，妙啊。
.new和.this
我们稍微修改一下最初的Outer:
public class Outer {
String id = "乔巴";
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());//乔巴
}
}
- 在内部类Inner体内添加了returnOuter的引用，
return Outer.this;，即外部类名.this。 - 我们可以发现，内部类内外具有同名的属性，我们在内部类中，不加任何修饰的情况下默认调用内部类里的属性，我们可以通过引用的形式访问外部类的id属性，即
Outer.this.id。
我们来测试一波：
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);//乔巴
}
- 外部类产生内部类对象的方法已经被我们删除了，这时我们如果想要通过外部类对象创建一个内部类对象：
Outer.Inner oi = new Outer().new Inner();，即在外部类对象后面用.new 内部类构造器。
我们对内部类指向外部类对象的引用进行更加深入的理解与体会，我们会发现，上面的代码在编译之后，会产生两个字节码文件：
Outer$Inner.class和Outer.class。我们对Outer$Inner.class进行反编译：
确实，内部类在创建的过程中，依靠外部类对象，而且会产生一个指向外部类对象的引用。
局部内部类
方法作用域内部类
即在方法作用域内创建一个完整的类。
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("天乔巴夏").testM();//天乔巴夏
}
}
interface TestOuter{
void testM();
}
需要注意两点：
- 此时Inner类是test方法的一部分，Outer不能在该方法之外访问Inner。
- 方法传入的参数s和方法内本身的局部变量都需要以final修饰，不能被改变！！！
JDK1.8之后可以不用final显式修饰传入参数和局部变量，但其本身还是相当于final修饰的，不可改变。我们去掉final，进行反编译：
任意作用域内的内部类
可以将内部类定义在任意的作用域内：
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("天乔巴夏",3);
}
}
同样需要注意的是：
- 内部类定义在if条件代码块中，并不意味着创建该内部类有相应的条件。内部类一开始就会被创建，if条件只决定能不能用里头的东西。
- 如上所示，if作用域之外，编译器就不认识内部类了，因为它藏起来了。
静态内部类
即用static修饰的成员内部类，归属于类，即它不存在指向外部类的引用。
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：
- 静态内部类也可以定义非静态的成员属性和方法。
- 静态内部类对象的创建不依靠外部类的对象，可以直接通过：
new Outer.Inner()创建内部类对象。 - 静态内部类中可以包含静态属性和方法，而除了静态内部类之外，即我们上面所说的所有的内部类内部都不能有（但是可以有静态常量
static final修饰）。 - 静态内部类不能访问非静态的外部类成员。
- 最后，我们反编译验证一下：
匿名内部类
这个类型的内部类，看着名字就怪怪的，我们先看看一段违反我们认知的代码：
public class Outer {
public InterfaceInner inner(){
//创建一个实现InterfaceInner接口的是实现类对象
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是个接口，而Outer类的inner方法怎么出现了new InterfaceInner()的字眼呢？接口不是不能创建实例对象的么？
确实，这就是匿名内部类的一个使用，其实inner方法返回的是实现了接口方法的实现类对象，我们可以看到分号结尾，代表一个完整的表达式，只不过表达式包含着接口实现，有点长罢了。所以上面匿名内部类的语法其实就是下面这种形式的简化形式：
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();
}
不仅仅是接口，普通的类也可以被当作“接口”来使用：
public class Outer {
public OuterTest outerTest(int value) {
//参数传给匿名类的基类构造器
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：
- 匿名类既可以扩展类，也可以实现接口，当然抽象类就不再赘述了，普通类都可以，抽象类就更可以了。但不能同时做这两件事，且每次最多实现一个接口。
- 匿名内部类没有名字，所以自身没有构造器。
- 针对类而言，上述匿名内部类的语法就表明：创建一个继承OuterTest类的子类实例。所以可以在匿名内部类定义中调用父类方法与父类构造器。
- 传入的参数传递给构造器，没有在类中直接使用，可以不用在参数前加final。
内部类的继承
内部类可以被继承，但是和我们普通的类继承有些出处。具体来看一下：
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();
}
}
我们可以发现的是：
- 一个类继承内部类的形式：
class A extends Outer.Inner{}。 - 内部类的构造器必须链接到指向外部类对象的引用上，
o.super();，即都需要传入外部类对象作为参数。
内部类有啥用
可以看到的一点就是，内部类内部的实现细节可以被很好地进行封装。而且Java中存在接口的多实现，虽然一定程度上弥补了Java“不支持多继承”的特点，但内部类的存在使其更加优秀，可以看看下面这个例子：
//假设A、B是两个接口
class First implements A{
B makeB(){
return new B() {
};
}
}
这是一个通过匿名内部类实现接口功能的简单的例子。对于接口而言，我们完全可以通过下面这样进行，因为Java中一个类可以实现多个接口：
class First implements A,B{
}
但是除了接口之外，像普通的类，像抽象类，都可以定义独立的内部类去单独继承并实现，使用内部类使“多重继承”更加完善。
由于后面的许多内容还没有涉及到，学习到，所以总结的比较浅显，并没有做特别深入，特别真实的场景模拟，之后有时间会再做系统性的总结。如果有叙述错误的地方，还望评论区批评指针，共同进步。
参考：
《Java 编程思想》
https://stackoverflow.com/questions/70324/java-inner-class-and-static-nested-class?r=SearchResults