浅谈java内部类

前言

说到java内部类,想必大家首先会想到比较常用的“匿名内部类”,但实际上,这只是内部类的其中一种使用方式而已。内部类的使用方式实际上总共包括:成员内部类, 方法局部类,匿名内部类,下面,我就给大家来一一介绍:

为什么要使用内部类

有的时候你可能有这样一种需求:对一个类(假设它为MyClass.java)创建一个和它相关的类(假设它是Part.java),但因为Part.java和MyClass之间的联系“紧密”且“单一”,导致我们在这种情况下,不希望像下面这样增加一个额外的兄弟类

├─MyClass
└─Part

而希望能将Part.java的数据隐藏在MyClass.java内部,于是这个时候内部类就堂而皇之地出现了

那么,这个不请自来的内部类到底给我们上述的局面造成了怎样的改变呢? 让我们来看看:

增加一个额外的兄弟类Part:

  1. 对一些没有关联的类可见(如果protected则对同一包内类可见,如果public则对所有类可见)
  2. 不能完全自由的访问MyClass中的私有数据(必须经过访问器方法)
  3. 新增了一个java文件

使用内部类,将Part类的定义写入MyClass内部

  1. 可以减少多余的可见性,例如可把Part在MyClass内部定义为私有,这样对同一包内其他类也不可见了
  2. 内部类(Part)可以自由访问外围类的所有数据(MyClass),包括私有数据
  3. 减少了一个java文件,使得类结构更简洁

成员内部类

故名思议,成员内部类嘛~ 使用当然和成员变量很相似咯

你可以像

private String data

这样定义一个“平行的”成员内部类:

private class Inner

具体看下面的例子:

Outter.java:

public class Outter {
// 成员变量data
private String data = "外部数据";
//定义一个内部类
private class Inner {
public void innerPrint () {
System.out.println(data);
}
}
// 外部类的方法, new一个内部类的实例并调用其innerPrint方法
public void outterPrint () {
Inner i = new Inner();
i.innerPrint();
}
}

Test.java:

public class Test {
public static void main (String [] args) {
Outter o = new Outter();
o.outterPrint();
}
}

结果输出:

外部数据

看来这还是能达到我们预期的效果的:由于将Inner内部类设为private,它变得只对我们当前的外部类Outter类可见,我们成功地把它”隐藏”在了Outter类内部,与此同时,它还自由地访问到了Outter类的私有成员变量data

两个this

虽然上面的例子看起来挺简单的,但实际上内部类的作用机制还是比较复杂的。

首先要考虑的是“this”的问题,外部类和内部类各有一个this,关键在于内部类中我们如何对这两个this作出区分:

我们假设上面的例子中的Inner类内部有一个方法fn:

private class Inner {
public  void fn () {
Outter.this // 指向Outter实例对象的this引用
this  // 指向Inner实例对象的this引用
}
}

在这个方法fn里,Outter.this是指向Outter实例对象的this的引用, 而this是指向Inner实例对象的this的引用

我们访问类中成员变量有两种方式: 隐式访问(不加this)和显式访问(加this)

隐式访问类中成员变量

让我们对上面的Outter.java做一些改动,增加一行代码:

public class Outter {
// 成员变量data
private String data = "外部数据";
//定义一个内部类
private class Inner {
// 增加Inner类对data成员变量的声明
private String data = "内部数据"
public void innerPrint () {
System.out.println(data);
}
}
// 外部类的方法, new一个内部类的实例并调用其innerPrint方法
public void outterPrint () {
Inner i = new Inner();
i.innerPrint();
}
}

结果输出:

内部数据

如此可见,内部类内声明的数据会覆盖外部类的同名数据。或者说, 在上述例子中,对于data成员变量,它会首先在Inner的this中查找有无这个成员变量,然后没有,那么就再在Outter.this中查找

显式访问类中成员变量

但有的时候我们希望既能访问外部类的成员变量,同时也能访问内部类的成员变量,这个时候我们就要使用到this了,但是如何区分内部类和外部类的this呢?你可以这样:

以上述例子为例:

访问外部类定义的成员变量:Outter.this.data

访问内部类定义的成员变量:this.data

如下图所示

public class Outter {
// 外部类的成员变量data
private String data = "外部数据";
//定义一个内部类
private class Inner {
// 内部类的成员变量data
private String data = "内部数据";
public void innerPrint () {
System.out.println(Outter.this.data);
System.out.println(this.data);
}
}
// 外部类的方法, new一个内部类的实例并调用其innerPrint方法
public void outterPrint () {
Inner i = new Inner();
i.innerPrint();
}
}

局部内部类

局部内部类是内部类的第二种形式,它让内部类的“隐藏”得更深一层——写在外部类的方法内部,而不是处于和外部类方法平行的位置。

让我们对上面成员内部类处理的场景做些思考:我们的Inner内部类仅仅只在outterPrint方法中使用了一次:

public void outterPrint () {
Inner i = new Inner();
i.innerPrint();
}

那么我们能不能把Inner内部类直接定义在outterPrint的内部呢?这样的话,它就能更好地隐藏起来,即使是类Outter中除outterPrint外的方法,也不能访问到它:

现在的Outter的类看起来像这样:

public class Outter {
public void outterPrint () {// 外部类方法
class LocalInner { // 局部内部类
public void innerPrint () {   }
}
LocalInner i = new LocalInner(); // 实例化局部内部类
i.innerPrint();
}
}

相比于成员内部类,局部内部类多了一项能访问的数据,那就是局部变量(由外部类方法提供)

成员内部类:外部类数据,内部类数据

局部内部类: 外部类数据,内部类数据, 局部数据

具体示例如下:

Outter.java

public class Outter {
private String data = "外部数据";  // 外部类数据
public void outterPrint (final String localData) { // 局部数据
class LocalInner {
private String data = "内部数据";  // 内部类数据
public void innerPrint () {
System.out.println(Outter.this.data);  // 打印外部类数据
System.out.println(this.data);   //  打印内部类数据
System.out.println(localData);  // 打印局部数据
}
}
LocalInner i = new LocalInner();
i.innerPrint();
}
}

Test.java:

public class Test {
public static void main (String [] args) {
Outter o = new Outter();
o.outterPrint("局部数据");
}
}

结果输出:

外部数据
内部数据
局部数据

局部类所使用的外部类方法的形参必须用final修饰

这里要注意一点, 局部类所使用的外部类方法的形参必须用final修饰,否则会编译不通过,也就是说传入后不许改变

为什么这个方法形参一定要用final修饰?

(仅个人理解,如有不同的意见或者更好的理解欢迎在评论区讨论)

如果不用final修饰会怎样? 且听我慢慢道来:

首先要说一下:

1.内部类和外部类在编译之后形式上是一样的,不会有内外之分

2.局部内部类对于使用的外部方法的值会用构造函数做一个拷贝(编译后)

例如对于下面outterPrint方法中的LocalInner

public void outterPrint (final String data) {
class LocalInner {
public void innerPrint () {
// 使用 data
}
}
}/./*欢迎加入java交流Q君样:909038429一起吹水聊天

编译之后大概长这样:

public class Outter$LocalInner{
public LocalInner(String data){
this.LocalInner$data = data; // 对于使用的data做了一次拷贝
}
public void innerPrint (){ /* 使用 data */ }
}

这里要注意的是:

  1. 编译后,LocalInner并非直接使用data,而是用构造器拷贝一份后再使用
  2. java是值传递的,所以包裹 LocalInner的外部方法outterPrint也会对传入的data参数做一次拷贝(基本类型数据拷贝副本,对象等则拷贝引用)

OK,现在的情况是:

方法内的局部类对data拷贝了两次:外部方法outterPrint值传递时的拷贝,和LocalInner构造函数的拷贝

方法内除了局部类外的作用域只拷贝了data一次: 外部方法outterPrint值传递时的拷贝

拷贝两次和拷贝一次,导致在outterPrint方法内部, 局部类内部的data和局部类外部的data是不同步的! 也即你在局部类内部改了data不影响局部类外部的data,在局部类外部改了data也不影响局部类内部的data(注意一个前提,值是基本类型的,如果是对象的话因为拷贝的是引用仍然可以“同步”)

图示一:

图示二:

于是java说: 哎呀妈呀, 这都data都不同步了, 要是让你修改这还了得!!! 于是就强行要求我们加上final

【注意】所谓的不同步主要是针对基本类型来说的,如果是对象之类的话因为拷贝的是引用所以仍然可以“同步”

如何突破必须用final的限制

我们上面说到,局部内部类所使用的方法形参必须用final修饰的限制。

例如

public void outterPrint (String data) {// 没加上final
class LocalInner {
public void changeData () {
data = "我想修改data的值";  // 在这一行编译报错
}
}
}

提示:

Cannot refer to a non-final variable data inside an inner class defined in a different method

那么,如果我们有对该形参必须能修改的硬性需求怎么办?

你可以通过一种有趣的方式绕开它:使用一个单元素数组。因为用final修饰的基本类型的变量不允许修改值,但是却允许修改final修饰的单元素数组里的数组元素, 因为存放数组的变量的值只是一个引用,我们修改数组元素的时候是不会修改引用指向的地址的,在这点上final并不会妨碍我们:

Outter.java

public class Outter {
public void outterPrint (final String []  data) {
class LocalInner {
public void innerPrint () {
data[0] = "堂而皇之地修改它!!";   // 修改数据
System.out.print(data[0]);  // 输出修改后的数据
}
}
LocalInner i = new LocalInner();
i.innerPrint();
}
}

Test.java:

public class Test {
public static void main (String [] args) {
Outter o = new Outter();
String [] data = new String [1];
data[0] = "我是数据";
o.outterPrint(data);  // 修改数据并且输出
}
}

结果输出:

堂而皇之地修改它!!

【注意】局部类不能用public或private访问符进行声明!!

匿名内部类

倘若我们再把局部内部类再深化一下, 那就是匿名内部类

匿名内部类的使用方式

new [超类/接口] {   /* 类体 */   }

让我们看看下面这个例子:

Other.java:

public class Other {    }

Outter.java:

public class Outter {
public void outterPrint (String data) {
Other o = new Other() {  }; // 匿名内部类
}
}

何谓之匿名?

“诶,不是说好的匿名吗? 那么为什么还有个Other的类名呢?”

Other o = new Other() {  /* 匿名内部类的类体 */   };

实际上,这里的Other并不是我们的匿名内部类,而是我们匿名内部类的超类,上面一行代码其实相当于(用成员内部类来表示的话)

// annoymous翻译为匿名
public class Outter {
private class annoymous extends Other{  }
public void outterPrint () {
Other a = new annoymous();
}
}

同时要注意,我们在使用匿名内部类的方式,是在定义一个内部类的同时实例化该内部类:

new Other() {  /* 匿名内部类的类体 */  };  // new操作和定义类的代码是紧紧结合在一起的

匿名函数的作用

用匿名函数的作用在于在一些特定的场景下写起来很简单,例如事件监听器:

ActionListener listener = new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {   }
};

避免了再创建另外一个类文件

讲的有点乱, 对匿名内部类做个总结:

  1. 省略被定义的类的类名
  2. 必须结合超类或者接口使用,即 new [超类/接口] { / 类体 / }
  3. 在定义该匿名类的同时实例化该匿名类
  4. 在一些场景下能简化代码

【注意】匿名类不能有构造器, 因为构造器和类同名,而匿名类没有类名,所以匿名类不能有构造器

文章总结

我们使用内部类的原因主要有三点:

1.实现数据隐藏, 避免多余的可见性

2.自由访问外部类的变量

  1. 在使用监听器等场景的时候使用匿名内部类,避免增加的大量代码

关于成员内部类, 方法局部类,匿名内部类的关系

从成员内部类,方法局部类到匿名内部类是一个不断深入的关系, 成员内部类进一步隐藏可见性就成为了方法局部类, 方法局部类省去类名,并将类的定义和实例化操作合并到一起,就是匿名内部类。因此,匿名内部类沿袭了成员内部类和方法局部类的基本特特性

内部类的一些特殊的要求

1.局部类不能用public或private访问符进行声明

2.局部类所使用的外部类方法的形参必须用final修饰

  1. 匿名内部类不能有构造器

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