读书笔记-《ON JAVA 中文版》-摘要10[第十一章内部类]

文章目录

- 1. 创建内部类
- 2. 链接外部类
- 3. 使用 .this 和 .new
- 4. 内部类与向上转型
- 5. 内部类方法和作用域
- 6. 匿名内部类
- 7. 嵌套类
- - 7.1 嵌套类
  - 7.2 接口内部的类
  - 7.3 从多层嵌套类中访问外部类的成员
- 8. 为什么需要内部类
- - 8.1 为什么需要内部类
  - 8.2 闭包与回调
  - 8.3 内部类与控制框架
- 9. 继承内部类
- 10. 重写内部类
- 11. 局部内部类
- 12. 内部类标识符
- 13. 本章小结

一个定义在另一个类中的类，叫作内部类。

内部类是一种非常有用的特性，因为它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。

内部类与组合是完全不同的概念。在最初，内部类看起来就像是一种代码隐藏机制：将类置于其他类的内部。但是，你将会了解到，内部类远不止如此，它了解外围类，并能与之通信，而且你用内部类写出的代码更加优雅而清晰。

1. 创建内部类

public class Parcel2 {
    class Contents {
        private int i = 11;

        public int value() {
            return i;
        }
    }

    class Destination {
        private String label;

        Destination(String whereTo) {
            label = whereTo;
        }

        String readLabel() {
            return label;
        }
    }

    // 更典型的情况是，外部类将有一个方法，该方法返回一个指向内部类的引用，就像在 to() 和 contents()
    public Destination to(String s) {
        return new Destination(s);
    }

    public Contents contents() {
        return new Contents();
    }

    public void ship(String dest) {
        Contents c = contents();
        Destination d = to(dest);
        System.out.println(d.readLabel());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel2 p = new Parcel2();
        p.ship("Tasmania");
        Parcel2 q = new Parcel2();
        // 具体地指明这个对象的类型：OuterClassName.InnerClassName
        Parcel2.Contents c = q.contents();
        Parcel2.Destination d = q.to("Borneo");
    }
}

在外部类的静态方法中也可以直接指明类型 InnerClassName，在其他类中需要指明 OuterClassName.InnerClassName

—PS：为了以防万一，都写成 OuterClassName.InnerClassName 养成习惯就好了

2. 链接外部类

内部类还拥有其外围类的所有元素的访问权

interface Selector {
    boolean end();

    Object current();

    void next();
}

public class Sequence {
    private Object[] items;
    private int next = 0;

    public Sequence(int size) {
        items = new Object[size];
    }

    public void add(Object x) {
        if (next < items.length) {
            items[next++] = x;
        }
    }

    private class SequenceSelector implements Selector {
        private int i = 0;

        @Override
        public String toString() {
            return "SequenceSelector{" +
                    "i=" + i +
                    '}';
        }

        @Override
        public boolean end() {
            return i == items.length;
        }

        @Override
        public Object current() {
            return items[i];
        }

        @Override
        public void next() {
            if (i < items.length) {
                i++;
            }
        }
    }

    public Selector selector() {
        return new SequenceSelector();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sequence sequence = new Sequence(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sequence.add(Integer.toString(i));
        }
        // PS：为了方便理解增加了下面的for循环
        for (Object item : sequence.items) {
            System.out.println(item);
        }
        Selector selector = sequence.selector();
        // PS：为了方便理解增加了下面的selector输出
        System.out.println(selector);
        while (!selector.end()) {
            System.out.print(selector.current() + " ");
            selector.next();
        }
    }
}

输出：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SequenceSelector{i=0}
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

SequenceSelector，可能会觉得它只不过是另一个内部类罢了。但请仔细观察它，注意方法 end() ， current() 和 next() 都用到了 items，这是一个引用，它并不是 SequenceSelector 的一部分，而是外围类中的一个 private 字段。然而内部类可以访问其外围类的方法和字段，就像自己拥有它们似的，这带来了很大的方便，就如前面的例子所示。

所以内部类自动拥有对其外围类所有成员的访问权。这是如何做到的呢？当某个外围类的对象创建了一个内部类对象时，此内部类对象必定会秘密地捕获一个指向那个外围类对象的引用。然后，在你访问此外围类的成员时，就是用那个引用来选择外围类的成员。

—PS：划重点，内部类自动拥有对其外围类所有成员的访问权

3. 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 DotThis {
    void f() {
        System.out.println("DotThis.f()");
    }

    public class Inner {
        public DotThis outer() {
            // PS：这个是重点，如果只写 this 代表的是内部类的引用
            return DotThis.this;
//            return this;
        }

    }

    public Inner inner() {
        return new Inner();
    }

    public static void main(String[] args) {
        DotThis dt = new DotThis();
        DotThis.Inner dti = dt.inner();
        dti.outer().f();
    }
}

输出：

DotThis.f()

有时你可能想要告知某些其他对象，去创建其某个内部类的对象。要实现此目的，你必须在 new 表达式中提供对其他外部类对象的引用，这是需要使用 .new 语法

public class DotNew {
    public class Inner {
    }

    public static void main(String[] args) {
        DotNew dn = new DotNew();
        DotNew.Inner dni = dn.new Inner();
    }
}

在拥有外部类对象之前是不可能创建内部类对象的。这是因为内部类对象会暗暗地连接到建它的外部类对象上。但是，如果你创建的是嵌套类（静态内部类），那么它就不需要对外部类对象的引用。

4. 内部类与向上转型

当将内部类向上转型为其基类，尤其是转型为一个接口的时候，内部类就有了用武之地。

public interface Destination {
    String readLabel();
}

public interface Contents {
    int value();
}

class Parcel4 {
    private class PContents implements Contents {
        private int i = 11;

        @Override
        public int value() {
            return i;
        }
    }

    protected final class PDestination implements Destination {
        private String label;

        private PDestination(String whereTo) {
            label = whereTo;
        }

        @Override
        public String readLabel() {
            return label;
        }
    }

    public Destination destination(String s) {
        return new PDestination(s);
    }

    public Contents contents() {
        return new PContents();
    }
}

public class TestParcel {
    public static void main(String[] args) {
        Parcel4 p = new Parcel4();
        Contents c = p.contents();
        Destination d = p.destination("Tasmania");
        // 使用上个知识点 .new
//        Parcel4.PContents pc = p.new PContents();
    }
}

private 内部类给类的设计者提供了一种途径，通过这种方式可以完全阻止任何依赖于类型的编码，并且完全隐藏了实现的细节。

5. 内部类方法和作用域

可以在一个方法里面或者在任意的作用域内定义内部类。

这么做有两个理由：

如前所示，你实现了某类型的接口，于是可以创建并返回对其的引用。
你要解决一个复杂的问题，想创建一个类来辅助你的解决方案，但是又不希望这个类是公共可用的。

下面的例子展示了在方法的作用域内（而不是在其他类的作用域内）创建一个完整的类。这被称作**局部内部类**

public class Parcel5 {
    public Destination destination(String s) {
        final class PDestination implements Destination {
            private String label;

            public PDestination(String whereTo) {
                this.label = whereTo;
            }

            @Override
            public String readLabel() {
                return label;
            }
        }
        return new PDestination(s);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel5 p = new Parcel5();
        Destination d = p.destination("Tasmania");
    }
}

PDestination 类是 destination() 方法的一部分，而不是 Parcel5 的一部分。所以，在 destination() 之外不能访问PDestination，注意出现在 return 语句中的向上转型-返回的是 Destination 的引用，它是 PDestination 的基类。

6. 匿名内部类

public class Parcel7 {
    public Contents contents() {
        return new Contents() {
            private int i = 11;

            @Override
            public int value() {
                return i;
            }
        };
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel7 p = new Parcel7();
        Contents c = p.contents();
    }
}

“创建一个继承自 Contents 的匿名类的对象。”通过 new 表达式返回的引用被自动向上转型为对 Contents 的引用。

上述匿名内部类的语法是下述形式的简化形式：

public class Parcel7b {
    // PS：创建内部类实现接口
    class MyContents implements Contents {
        private int i = 11;

        @Override
        public int value() {
            return i;
        }
    }

    public Contents contents() {
        return new MyContents();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel7b p = new Parcel7b();
        Contents c = p.contents();
    }
}

—PS：这里是先创建了普通内部类，然后在别的方法中将此 return 出来，而匿名内部类是直接将两步合并为了一步

在匿名类中定义字段时，还能够对其执行初始化操作：

public class Parcel9 {
    // 参数可用 final 修饰
    public Destination destination(final String dest) {
        return new Destination() {
            private String label = dest;

            @Override
            public String readLabel() {
                return label;
            }
        };
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel9 p = new Parcel9();
        Destination d = p.destination("Tasmania");
    }
}

如果定义一个匿名内部类，并且希望它使用一个在其外部定义的对象，那么编译器会要求其参数引用是 final 的（也就是说，它在初始化后不会改变，所以可以被当作 final），就像你在 destination() 的参数中看到的那样。这里省略掉 final 也没问题，但是通常最好加上 final 作为一种暗示。

即使不加 final, Java 8 的编译器也会为我们自动加上 final

—PS：匿名内部类的东西是不可改变的，加不加 final 都是不可改变的

匿名内部类与正规的继承相比有些受限，因为匿名内部类既可以扩展类，也可以实现接口，但是不能两者兼备。而且如果是实现接口，也只能实现一个接口。

—PS：匿名内部类是确定了的返回哪个基类

7. 嵌套类

7.1 嵌套类

如果不需要内部类对象与其外围类对象之间有联系，那么可以将内部类声明为 static，这通常称为嵌套类。想要理解 static 应用于内部类时的含义，就必须记住，普通的内部类对象隐式地保存了一个引用，指向创建它的外围类对象。然而，当内部类是 static 的时，就不是这样了。嵌套类意味着：

要创建嵌套类的对象，并不需要其外围类的对象。
不能从嵌套类的对象中访问非静态的外围类对象。

嵌套类与普通的内部类还有一个区别。普通内部类的字段与方法，只能放在类的外部层次上，所以普通的内部类不能有 static 数据和 static 字段，也不能包含嵌套类。但是嵌套类可以包含所有这些东西：

public class Parcel11 {
    private static class ParcelContents implements Contents {
        private int i = 11;

        @Override
        public int value() {
            return i;
        }
    }

    protected static final class ParcelDestination implements Destination {
        private String label;

        private ParcelDestination(String whereTo) {
            label = whereTo;
        }

        @Override
        public String readLabel() {
            return label;
        }

        public static void f() {
        }

        int x = 10;

        // PS：内部类中又定义了一个内部类
        static class AnotherLevel {
            public static void f() {
            }

            static int x = 10;
        }
    }

    // PS：定义两个方法获取内部类引用
    public static Destination destination(String s) {
        return new ParcelDestination(s);
    }

    public static Contents contents() {
        return new ParcelContents();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Contents c = contents();
        Destination d = destination("Tasmania");
    }
}

—PS：static 修饰的内部类为嵌套类，可以包含 static 修饰的数据和字段

7.2 接口内部的类

public interface ClassInInterface {
    void howdy();

    // Test 首先是内部类，然后在接口的任何类都自动地是 public 和 static 的，所以成了嵌套类
    class Test implements ClassInInterface {
        @Override
        public void howdy() {
            System.out.println("Howdy!");
        }

        public static void main(String[] args) {
            new Test().howdy();
        }
    }
}

输出：

Howdy!

如果你想要创建某些公共代码，使得它们可以被某个接口的所有不同实现所共用，那么使用接口内部的嵌套类会显得很方便。

—PS：原来接口中的嵌套类是干这个的

7.3 从多层嵌套类中访问外部类的成员

一个内部类被嵌套多少层并不重要——它能透明地访问所有它所嵌入的外围类的所有成员，如下所示：

class MNA {
    private void f() {
    }

    class A {
        private void g() {
        }

        // PS：在内部类A中定义内部类B
        class B {
            void h() {
                f();
                g();
            }
        }
    }
}

public class MultiNestingAccess {
    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();
    }
}

可以看到在 MNA.A.B 中，调用方法 g() 和 f() 不需要任何条件（即使它们被定义为 private）。

8. 为什么需要内部类

8.1 为什么需要内部类

使用内部类最吸引人的原因是：每个内部类都能独立地继承自一个（接口的）实现，所以无论外围类是否已经继承了某个（接口的）实现，对于内部类都没有影响。

如果没有内部类提供的、可以继承多个具体的或抽象的类的能力，一些设计与编程问题就很难解决。从这个角度看，内部类使得多重继承的解决方案变得完整。接口解决了部分问题，而内部类有效地实现了“多重继承”。也就是说，内部类允许继承多个非接口类型（译注：类或抽象类）。

—PS：如果内部类实现的是接口那么与外部类自己 implements 多个接口是没有区别的，但若是内部类是继承的类，那么在一个外部类中定义多个内部类，每个内部类继承一个类，就实现了“多重继承”

如果不需要解决“多重继承”的问题，那么自然可以用别的方式编码，而不需要使用内部类。但如果使用内部类，还可以获得其他一些特性：

内部类可以有多个实例，每个实例都有自己的状态信息，并且与其外围类对象的信息相互独立。
在单个外围类中，可以让多个内部类以不同的方式实现同一个接口，或继承同一个类。
创建内部类对象的时刻并不依赖于外围类对象的创建
内部类并没有令人迷惑的"is-a”关系，它就是一个独立的实体。

8.2 闭包与回调

闭包（closure）是一个可调用的对象，它记录了一些信息，这些信息来自于创建它的作用域。通过这个定义，可以看出内部类是面向对象的闭包，因为它不仅包含外围类对象（创建内部类的作用域）的信息，还自动拥有一个指向此外围类对象的引用，在此作用域内，内部类有权操作所有的成员，包括 private 成员。

在 Java 8 之前，生成闭包行为的唯一方式就是内部类。在 Java 8 之后，我们可以使用 lambda 表达式来生成闭包行为，并且语法更加精细和简洁。

8.3 内部类与控制框架

应用程序框架（application framework）就是被设计用以解决某类特定问题的一个类或一组类。要运用某个应用程序框架，通常是继承一个或多个类，并覆盖某些方法。在覆盖后的方法中，编写代码定制应用程序框架提供的通用解决方案，以解决你的特定问题。这是设计模式中模板方法的一个例子，模板方法包含算法的基本结构，并且会调用一个或多个可覆盖的方法，以完成算法的动作。设计模式总是将变化的事物与保持不变的事物分离开，在这个模式中，模板方法是保持不变的事物，而可覆盖的方法就是变化的事物。

控制框架是一类特殊的应用程序框架，它用来解决响应事件的需求。主要用来响应事件的系统被称作事件驱动系统。应用程序设计中常见的问题之一是图形用户接口（GUI），它几乎完全是事件驱动的系统。

9. 继承内部类

因为内部类的构造器必须连接到指向其外围类对象的引用，所以在继承内部类的时候，事情会变得有点复杂。问题在于，那个指向外围类对象的“秘密的”引用必须被初始化，而在派生类中不再存在可连接的默认对象。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联：

class WithInner {
    class Inner {
    }
}

public class InheritInner extends WithInner.Inner {
    public InheritInner(WithInner wi) {
        wi.super();
    }

    public static void main(String[] args) {
        WithInner wi = new WithInner();
        InheritInner ii = new InheritInner(wi);
    }
}

可以看到，InheritInner 只继承自内部类，而不是外围类。但是当要生成一个构造器时，默认的构造器并不算好，而且不能只是传递一个指向外围类对象的引用。此外，必须在构造器内使用如下语法：

enclosingClassReference.super();

—PS：就是需要外围类对象，否则会报错
在这里插入图片描述

10. 重写内部类

如果创建了一个内部类，然后继承其外围类并重新定义此内部类时，会发生什么呢？也就是说，内部类可以被覆盖吗？这看起来似乎是个很有用的思想，但是“覆盖”内部类就好像它是外围类的一个方法，其实并不起什么作用：

class Egg {
    private Yolk y;

    protected class Yolk {
        public Yolk() {
            System.out.println("Egg.Yolk()");
        }
    }

    Egg() {
        System.out.println("New Egg()");
        y = new Yolk();
    }
}

public class BigEgg extends Egg {
    public class Yolk {
        public Yolk() {
            System.out.println("BigEgg.Yolk()");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BigEgg bigEgg = new BigEgg();
    }
}

输出

New Egg()
Egg.Yolk()

—PS：根据先前学习的知识点 new BigEgg() 时，调用 BigEgg 的无参构造，因为 BigEgg 继承了 Egg ，故先调用 Egg 的无参构造，从输出结果来看，这两个内部类虽然同名，但是没有任何关系

这个例子说明，当继承了某个外围类的时候，内部类并没有发生什么特别神奇的变化。这两个内部类是完全独立的两个实体，各自在自己的命名空间内。当然，明确地继承某个内部类也是可以的：

class Egg2 {
    protected class Yolk {
        public Yolk() {
            System.out.println("Egg2.Yolk()");
        }

        public void f() {
            System.out.println("Egg2.Yolk.f()");
        }
    }

    private Yolk y = new Yolk();

    Egg2() {
        System.out.println("New Egg2()");
    }

    public void insertYolk(Yolk yy) {
        y = yy;
    }

    public void g() {
        y.f();
    }
}

public class BigEgg2 extends Egg2 {
    public class Yolk extends Egg2.Yolk {

        public Yolk() {
            System.out.println("BigEgg2.Yolk()");
        }

        @Override
        public void f() {
            System.out.println("BigEgg2.Yolk.f()");
        }
    }

    public BigEgg2() {
        insertYolk(new Yolk());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Egg2 eg2 = new BigEgg2();
        eg2.g();
    }
}

输出：

Egg2.Yolk()
New Egg2()
Egg2.Yolk()
BigEgg2.Yolk()
BigEgg2.Yolk.f()

—PS：这个结果看不懂的话可以 debug 跑一下，还是先前学到的，1）调用子类的构造方法之前需先调用父类的构造方法；2）调用构造方法之前需要将类的成员变量初始化；3）向上转型后，引用调用的方法是子类的方法

11. 局部内部类

前面提到过，可以在代码块里创建内部类，典型的方式是在一个方法体的里面创建。局部内部类不能有访问说明符，因为它不是外围类的一部分；但是它可以访问当前代码块内的常量，以及此外围类的所有成员。下面的例子对局部内部类与匿名内部类的创建进行了比较：

interface Counter {
    int next();
}

public class LocalInnerClass {
    private int count = 0;

    Counter getCounter(final String name) {
        // 定义局部内部类
        class LocalCounter implements Counter {
            LocalCounter() {
                System.out.println("LocalCounter()");
            }

            @Override
            public int next() {
                System.out.print(name);
                return count++;
            }
        }
        return new LocalCounter();
    }

    // 使用匿名内部类在定义下这个方法
    Counter getCounter2(final String name) {
        return new Counter() {
            // 匿名内部类没有构造方法，只能用于实例初始化
            {
                System.out.println("Counter()");
            }

            @Override
            public int next() {
                System.out.print(name);
                return count++;
            }
        };
    }

    public static void main(String[] args) {
        LocalInnerClass lic = new LocalInnerClass();
        Counter c1 = lic.getCounter("Local inner "),
                c2 = lic.getCounter2("Anonymous inner ");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(c1.next());
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(c2.next());
        }
    }
}

输出：

LocalCounter()
Counter()
Local inner 0
Local inner 1
Local inner 2
Local inner 3
Local inner 4
Anonymous inner 5
Anonymous inner 6
Anonymous inner 7
Anonymous inner 8
Anonymous inner 9

Counter 返回的是序列中的下一个值。我们分别使用局部内部类和匿名内部类实现了这个功能，它们具有相同的行为和能力，既然局部内部类的名字在方法外是不可见的，那为什么我们仍然使用局部内部类而不是匿名内部类呢？唯一的理由是，我们需要一个已命名的构造器，或者需要重载构造器，而匿名内部类只能用于实例初始化。

所以使用局部内部类而不使用匿名内部类的另一个理由就是，需要不止一个该内部类的对象。

12. 内部类标识符

由于编译后每个类都会产生一个**.class** 文件，其中包含了如何创建该类型的对象的全部信息（此信息产生一个"meta-class"，叫做 Class 对象）。

内部类也必须生成一个**.class** 文件以包含它们的 Class 对象信息。这些类文件的命名有严格的规则：外围类的名字，加上“$"，再加上内部类的名字。例如，LocalInnerClass.java 生成的 .class 文件包括：

Counter.class 
LocalInnerClass$1.class 
LocalInnerClass$LocalCounter.class 
LocalInnerClass.class

如果内部类是匿名的，编译器会简单地产生一个数字作为其标识符。

13. 本章小结

比起面向对象编程中其他的概念来，接口和内部类更深奥复杂。

虽然这些特性本身是相当直观的，但是就像多态机制一样，这些特性的使用应该是设计阶段考虑的问题。随着时间的推移，读者将能够更好地识别什么情况下应该使用接口，什么情况使用内部类，或者两者同时使用。但此时，读者至少应该已经完全理解了它们的语法和语义。

自我学习总结：

一个定义在另一个类中的类，叫作内部类。一种代码隐藏机制
内部类拥有其外围类的所有元素的访问权
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。
可以使用外部类引用.new 内部类() 的方式创建内部类对象
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。这被称作局部内部类
匿名内部类语法：new 基类(){重写的代码};
static 修饰的内部类为嵌套类，可以包含 static 修饰的数据和字段
使用内部类最吸引人的原因是：每个内部类都能独立地继承自一个（接口的）实现，所以无论外围类是否已经继承了某个（接口的）实现，对于内部类都没有影响。
内部类编译后的 class 文件名规则：外围类的名字，加上“$"，再加上内部类的名字。
匿名内部类译后的 class 文件名规则：外围类的名字，加上“$"，再加上一个数字。