Java 内部类详解

内部类

一个定义在另一个类中的类，叫作内部类

1. 概述

内部类允许你把一些逻辑相关的类组织在一起，并控制位于内部的类的可见性，这么看来，内部类就像是一种代码隐藏机制：将类置于其他类的内部，从而隐藏名字与组织代码的模式。

2. 创建内部类

创建内部类的方式就如同你想的一样，把类的定义置于外部类里面

public class Outer {
    
    // 其他一些成员声明
    ...
    
    public class Inner {
        // 其他一些成员声明
        ...
    }
}

3. 链接外部类

内部类与其外部类之间存在一种联系，通过这个联系可以访问外部类的所有成员，而不需要任何特殊条件，可以这么说，内部类拥有其外部类的所有元素的访问权。

这是如何做到的呢？当某个外部类的对象创建一个内部类对象时，该内部类对象会秘密地捕获一个指向外部类对象的引用。在你访问外部类成员时，可以通过这个引用选择外部类的成员。所有这些实现的细节由编译器帮忙处理，大多数时候都无需程序员关心。

4. 使用 .this 和 .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

public class Outer {
    
    public class Inner {
        public Outer getOuter() {
            return Outer.this;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        Outer outer2 = outer.getOuter();
    }
}

如果你想创建某个内部类对象，必须在 new 表达式中提供其外部类的引用，这时需要使用 .new 语法

public class Outer {
    
    public class Inner {}
    
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        Outer.Inner inner = outer.new Inner();
    }
}

如果从外部类的非静态方法之外的位置创建某个内部类对象，要具体指明这个内部类对象的类型：OuterClassName.InnerClassName（在外部类的静态方法中也可以直接指明类型 InnerClassName）

5. 向上转型

当将内部类向上转型为其基类（接口），可以很方便地隐藏实现细节，因为外界所得到的只是指向基类或接口的引用。

// 这是一个接口
public interface Content {...}

class Outer {
    // 注意这里将访问修饰符设为 private
    private class PContent implements Content {
        ...
    }
    public Content getContent() {
        return new PContent();
    }
}

在 Outer 类中，内部类 PContent 是私有的，除了 Outer 外没有人可以访问。这意味着，客户端程序员如果想了解这些内部类成员，那是要受限制的。客户端程序员无法访问任何新增的、不属于公共接口的方法，也不能向下转型，因为不能访问其名字。

6. 多重嵌套内部类

无论一个内部类被嵌套多少层，它都能透明地访问所有它所嵌入的外部类的所有成员

class MNA {
    private void f() {}
    class A {
        private void g(){}
        public class B {
            void h() {
                g();
                f();
            }
        }
    }
}

public class TestClass {
    public static void main(String[] args) {
        MNA mna = new MNA();
        MNA.A mnaa = mna.new A();
        MNA.A.B mnaab = mnaa.new B();
        mnaab.h();
    }
}

成员内部类

成员内部类是最普通的内部类，它和外部类的成员变量一样，定义在类的内部，可以声明访问修饰符。成员内部类有如下特性：

• 不可以定义静态成员和方法，因为内部类是外部类的一个成员，只有当外部类初始化时，内部类才能初始化，静态变量属于类级别，在类加载的时候就初始化，所以两者本身在语法上就有矛盾。但可以定义常量。
• 可以无条件访问外部类的所有成员属性和成员方法（包括 private 成员和静态成员）。当成员内部类拥有和外部类同名的成员变量或者方法时，会发生隐藏现象，即默认情况下访问的是成员内部类的成员。如果要访问外部类的同名成员，需要以下面的形式进行访问：OuterClassName.this.innerClassMember

局部内部类

在方法的作用域内（而不是在其他类的作用域内）创建一个完整的类，这个类被称作局部内部类。由于是定义在方法内，所以不能声明访问修饰符，作用范围仅在声明类的代码块中，但这并不意味着一旦方法作用域执行完毕，局部内部类就不可用了。局部内部类有如下特性：

• 局部内部类同样不可以定义静态成员和方法
• 可以无条件访问外部类的所有成员属性和成员方法，但不能访问方法体内的局部变量，除非定义为 final 常量（仔细想想就知道了，内部类是依靠对外部类的引用进行访问的）

public class Outer {
    
    public Outer method() {
        class Inner {
            ...
        } 
    }
}

匿名内部类

只用一次的没有名字的类，具体看下面的例子：

public class Outer {
    
    public Content method() {
        return new Content() {
            private int i = 11;
            
            @Override
            public int getValue() {
                return i
            }
        }
    }
}

这种奇怪的语法指的是：创建一个继承自 Content 的匿名类的对象。通过 new 表达式返回的这个引用被自动向上转型为 Content 的引用。上述匿名内部类是下述形式的一种简化形式，也就是说，匿名内部类可以看作对成员内部类或局部内部类的一种简写：

public class Outer {
    
    class MyContent implements Content {
        private int i = 11;
            
        @Override
        public int getValue() {
            return i
        }
    }
    
    public Content method() {
        return new MyContent();
    }
}

匿名内部类没有构造器（因为它根本没有名字），如果我们希望为匿名内部类做一些初始化操作，那该怎么办呢？如果该匿名内部类的基类构造器有参数，则可以直接使用，但编译器会要求其参数引用是 final（即使你不加，Java8 也会为我们自动加上 final）。或者通过代码块，模仿构造器的行为来实现初始化。

public class Outer {
    
    public Content method() {
        return new Content(final int a, final int b) {
            private int i = a;
            private int j;
            {
                j = b;
            }
        }
    }
}

静态内部类

如果不需要内部类对象与其外部类对象之间有联系，可以将内部类声明为 static。既然静态内部类不需要与外部类有联系，那么也就没有指向外部类的 this 引用，更像一个独立的类，这意味着：

• 要创建静态内部类的对象，并不需要其外部类的对象
• 不能访问非静态的外部类对象，只能访问外部类中的 static 所修饰的成员变量或者是方法

public class Outer {
    public static class Inner {
        private String label;
        public String method1() {
            ...
        }
        static int x = 10;
        public static void method2() {
            ...
        }
    }
}

静态内部类可以作为接口的一部分，因为你放到接口中的任何类都自动是 public 和 static 的，甚至可以在内部类中实现其外部类接口。

public interface ClassInterface {
    void method1();
    class InnerClass implements ClassInterface {
        @Override
        public void method1() {
            ...
        }
    }
}

为什么需要内部类？

内部类的第一个用途就是可以操作创建它的外部类的对象，典型的例子就是集合中常使用的迭代器 iterator。这只是其中之一，使用内部类最吸引人的原因莫过于：

每个内部类都能独立地继承自某个类或实现某个接口，无论外部类是否继承了某个类或实现某个接口

基于这个特性，使得多重继承成为可能，我们可以让多个内部类以不同的方式实现不同的接口，或继承不同的类。下面这个例子使用了匿名内部类，可能你们已经习以为常，但别忘了匿名内部类其实就是内部类的一种简写形式。

class D {}

abstract class E {}

class Z extend D {
    E getE() {
        return new E() {};
    }
}

public class TestClass {
    static void setD(D d){}
    static void setE(E e){}
    
    public static void main(String[] args) {
        Z z = new Z();
        setD(z);
        setE(z.getE);
    }
}

另外，内部类也是实现回调的绝佳选择。通过内部类可以实现一个闭包，所谓闭包就是一个可调用的对象，它记录了一些信息。在需要提供闭包来实现回调时，我们可以采用匿名内部类的方式。

继承内部类

因为内部类的构造器必须连接到其外部类对象的引用，所以在继承内部类时，那个指向外部类对象的引用必须被初始化，而在派生类中又不再存在这个引用了。要解决这个问题，必须使用特殊的语法来明确说清它们之间的关系。

class WithInner {
    class Inner {}
}

public class InheritInner extends WithInner.Inner {
    InheritInner(WithInner wi) {
        wi.super();
    }
    public static void main(String[] args) {
		WithInner wi = new WithInner();
        InheritInner li = new InheritInner(wi);
    }
}

构造器要传递一个指向外部类对象的引用，此外，还必须显式地调用基类构造器。

内部类可以被覆盖吗？答案是不能。如果创建一个内部类，然后继承其外部类并重新定义此内部类，并不会覆盖该内部类。两个内部类是完全独立的，各自在自己的命名空间。

内部类标识符

每个类编译后都会产生一个 .class 文件，内部类也会生成一个 .class 文件，但其命名有严格的规则：外部类的名字 + $ + 内部类的名字，例如 OuterClass.java 生成的 .class 文件包括：

OuterClass.class
OuterClass$InnerClass.class

如果内部类是匿名的，编译器会简单地生成一个数字作为其标识符。如果内部类嵌套在别的内部类之中，只需直接将它们的名字在外部类标识符与 $ 的后面。