【java】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 } } }
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
3. 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
3. 匿名内部类不能有构造器
参考资料:
《java核心技术 卷1》—— Cay S. Horstmann, Gary Cornell
我叫彭湖湾,请叫我胖湾