Java 嵌套类基础详解
1. 什么是嵌套类?
在 Java 语言中允许在另外一个类中定义一个类,这样的类被称为嵌套类。包含嵌套类的类称为外部类(outer class),也可以叫做封闭类,在本文中统一叫做外部类。
内部类的语法:
class OuterClass {
// code
class NestedClass {
// code
}
}
嵌套类分为两类:
- 静态嵌套类( Static nested classes ):使用
static
声明,一般称为嵌套类( Nested Classes )。- 非静态嵌套类( Non-static Nested Classes ):非
static
声明,一般称为内部类( Inner Classes )。
class OuterClass {
...
static class StaticNestedClass {
...
}
class InnerClass {
...
}
}
嵌套类是它的外部类的成员,非静态嵌套类(内部类)可以访问外部类的其他成员,即使该成员是私有的。而静态嵌套类只能访问外部类的静态成员。
嵌套类作为外部类的一个成员,可以被声明为:private
,public
,protected
或者包范围(注意:外部类只能被声明为public
或者包范围)。
2. 为什么要使用嵌套类?
使用嵌套类的主要优点有以下几个方面:
- 嵌套类可以访问外部类的所有数据成员和方法,即使它是私有的。
- 提高可读性和可维护性:因为如果一个类只对另外一个类可用,那么将它们放在一起,这更便于理解和维护。
- 提高封装性:给定两个类A和B,如果需要访问A类中的私有成员,则可以将B类封装在A类中,这样不仅可以使得B类可以访问A类中的私有成员,并且可以在外部隐藏B类本身。
- 减少代码的编写量。
3. 嵌套类的类型
前文已经介绍了嵌套类分为静态嵌套类和非静态嵌套类,而非静态嵌套类又称为内部类(内部类是嵌套类的子集)。
静态嵌套类可以使用外部类的名称来访问它。例如:
OuterClass.StaticNestedClass
如果要为静态嵌套类创建对象,则使用以下语法:
OuterClass.StaticNestedClass nestedObject =
new OuterClass.StaticNestedClass();
非静态嵌套类(内部类)又可以分为以下三种:
- 成员内部类(Member inner class)
- 匿名内部类(Anonymous inner class)
- 局部内部类(Local inner class)
类型 | 描述 |
---|---|
成员内部类 | 在类中和方法外部创建的类 |
匿名内部类 | 为实现接口或扩展类而创建的类,它的名称由编译器决定 |
局部内部类 | 在方法内部创建的类 |
静态嵌套类 | 在类中创建的静态类 |
嵌套接口 | 在类中或接口中创建的接口 |
4. 静态嵌套类
静态嵌套类其实就是在顶级类中封装的一个顶级类,它的行为和顶级类一样,它被封装在顶级类中其实就是为了方便打包。
- 静态嵌套类是外部类的静态成员,它可以直接使用
外部类名.静态嵌套类名
访问自身。 - 它可以访问外部类的静态成员和静态私有成员。
- 与其他类一样,静态嵌套类不能访问非静态成员。
静态嵌套类的语法如下:
class OuterClass{
// 外部类的静态数据成员
static int data = 30;
// 外部类中的静态嵌套类
static class StaticNestedClass {
// 静态嵌套类中的实例方法
void getData() {System.out.println("data is "+data);}
}
public static void main(String args[]){
// 实例化静态嵌套类(创建对象)
OuterClass.StaticNestedClass obj = new OuterClass.StaticNestedClass();
obj.getData();
}
}
输出结果:
data is 30
在上面的例子中,你需要先创建一个静态嵌套类的实例,因为你需要访问它的实例方法getData()
。但是你并不需要实例化外部类,因为静态嵌套类相对于外部类来说它是静态的,可以直接使用外部类名.静态嵌套类名
访问。
由编译器生成的静态嵌套类:
import java.io.PrintStream;
static class OuterClass$Inner
{
OuterClass$StaticNestedClass(){}
void getData(){
System.out.println((new StringBuilder()).append("data is ")
.append(OuterClass.data).toString());
}
}
从上面的代码可以看出,静态嵌套类实际上是直接通过OuterClass.data
来访问外部类的静态成员的。
使用静态嵌套类的静态方法示例:
如果静态嵌套类中有静态成员,则不需要实例化静态嵌套类即可直接访问。
class OuterClass2{
static int data = 10;
static class StaticNestedClass{
// 静态嵌套类的静态方法
static void getData() {System.out.println("data is "+data);}
}
public static void main(String args[]){
// 不需要创建实例可以直接访问
OuterClass2.StaticNestedClass.getData();
}
}
输出结果:
data is 10
5. 非静态嵌套类
非静态嵌套类也就是内部类,它有以下几个特点:
- 实例化内部类必须先实例化一个外部类。
- 内部类实例与外部类实例相关联,所有不能在内部类中定义任何静态成员。
- 内部类是非静态的。
下面看详细介绍↓
5.1 成员内部类
在外部类中并且在外部类的方法外创建的非静态嵌套类,称为成员内部类。说白了成员内部类就是外部类的一个非静态成员而已。
语法如下:
class OuterClass{
//code
class MemberInnerClass{
//code
}
}
成员内部类的示例:
在下面的示例中,我们在成员内部类中创建了getData()
和getTest()
这两个实例方法,并且这两个方法正在访问外部类中的私有数据成员和成员方法。
class OuterClass {
private int data = 30;
public void test() {System.out.println("我是外部类成员方法");}
class MemberInnerClass {
// 访问外部类的私有数据成员
void getData() {System.out.println("data is "+data);}
// 访问外部类的成员方法
void getTest() {OuterClass.this.test();}
}
public static void main(String args[]) {
// 首先必须实例化外部类
OuterClass obj = new OuterClass();
// 接着通过外部类对象来创建内部类对象
OuterClass.MemberInnerClass in = obj.new MemberInnerClass();
in.getData();
in.getTest();
}
}
输出结果:
data is 30
我是外部类成员方法
访问外部类的成员方法时,可以直接通过外部类名.this.外部类成员方法()
来调用,或者直接使用外部类成员方法()
来调用。
成员内部类的工作方式:
Java 编译器创建了两个.class
文件,其中一个是成员内部类OuterClass$MemberInnerClass.class
,成员内部类文件名格式为外部类名$成员内部类名
。
如果你想创建成员内部类的实例,你必须先实例化一个外部类,接着,通过外部类的实例来创建成员内部类的实例。因此成员内部类的实例必须存在于一个外部类的实例中。另外,由于内部类的实例与外部类的实例相关联,因此它不能定义任何静态成员。
由编译器生成的成员内部类代码:
在下面的例子中,编译器创建了一个名为OuterClass$MemberInnerClass
的内部类文件,成员内部类具有外部类的引用,这就是为什么它可以访问包括私有在内的所有外部类成员。
import java.io.PrintStream;
class OuterClass$MemberInnerClass {
final OuterClass this$0;
OuterClass$MemberInnerClass() {
super();
this$0 = OuterClass.this;// 引用了外部类
}
void getData() {
System.out.println((new StringBuilder()).append("data is ")
.append(OuterClass.access$000(OuterClass.this)).toString());
}
}
5.2 局部内部类
局部内部类(Local inner class)通常定义在一个块中。所以通常你会在一个方法块中找到局部内部类。
正如局部变量那样,局部内部类的作用域受到方法的限制。它可以访问外部类的所有成员,和它所在的局部方法中所有局部变量。
如果你想调用局部内部类中的方法,你必须先在局部方法中实例化局部内部类。
请看下面示例:
public class localInner {
private int data = 30;// 实例变量
// 实例方法
void display() {
// 局部内部类
class Local{
void msg() {System.out.println(data);}
}
// 访问局部内部类中的方法
Local l = new Local();
l.msg();
}
public static void main(String args[]){
localInner obj = new localInner();
obj.display();
}
}
输出结果
30
由编译器生成的局部内部类代码:
此时编译器创建了一个名为localInner$Local
的类,它具有外部类的引用
import java.io.PrintStream;
class localInner$Local {
final localInner this$0; // 自动生成的局部变量
localInner$Local() {
super();
this$0 = localInner.this;
}
void msg()
{
System.out.println(localInner.access$000(localInner.this));
}
}
局部内部类的一些规则:
- 无法从方法外部调用局部内部类
- 局部内部类不能被声明为
private, public, protected
- 在
JDK1.7
之前局部内部类不能访问非final
的局部变量,但是在JDK1.8
及之后是可以访问非final
的局部变量的。
局部内部类和局部变量的示例:
class localInner2 {
private int data = 30;//实例变量
void display() {
int value = 50;//在 Jdk1.7 之前局部变量必须被声明为'final'
class Local{
void msg() {System.out.println("value: "+value);}
}
Local l = new Local();
l.msg();
}
public static void main(String args[]){
localInner2 obj = new localInner2();
obj.display();
}
}
输出结果
value: 50
5.3 匿名内部类
在 Java 中没有命名的内部类称为匿名内部类,当我们需要重写类或接口中的方法时,都会使用到它。匿名内部类在使用的时候将同时声明和实例化。
匿名类可以通过以下两种方式进行创建:
- 类(可能是抽象类或者其他类)
- 接口
使用类创建匿名内部类:
abstract class Person {
abstract void eat();
}
public class TestAnonymousInner {
public static void main(String[] args){
// 使用匿名内部类实例化抽象类Person
Person p = new Person() {
void eat() {System.out.println("nice fruits");}
};
p.eat();
}
}
输出结果
nice fruits
上面代码中有以下一段:
Person p = new Person() {
void eat() {System.out.println("nice fruits");}
};
它主要有两个作用:
- 创建一个匿名内部类,它的名称由编译器决定,并给出了
Person
类中eat()
方法的实现。 - 创建匿名类的对象,并使用了类型为
Person
的引用变量p
来引用。
由编译器生成的匿名内部类代码:
import java.io.PrintStream;
static class TestAnonymousInner$1 extends Person
{
TestAnonymousInner$1(){}
void eat() {
System.out.println("nice fruits");
}
}
从以上代码,我们可以看出,编译器实际上将匿名内部类命名为TestAnonymousInner$1
,并继承了抽象类Person
。
使用接口创建匿名内部类:
interface Eatable{
void eat();
}
class TestAnnonymousInner1{
public static void main(String args[]){
// 创建匿名内部类来实现接口Eatable
Eatable e = new Eatable() {
public void eat(){System.out.println("nice fruits");}
};
e.eat();
}
}
输出结果
nice fruits
上面代码有以下一段:
Eatable e = new Eatable() {
public void eat(){System.out.println("nice fruits");}
};
它主要有两个作用:
- 创建一个匿名类,它的名称由编译器决定,并给出了
eat()
方法的实现。 - 创建匿名类的对象,并使用了类型为
Person
的引用变量p
来引用。
由编译器生成的匿名内部类代码:
import java.io.PrintStream;
static class TestAnonymousInner1$1 implements Eatable
{
TestAnonymousInner1$1(){}
void eat(){System.out.println("nice fruits");}
}
从以上代码我们可以看出,编译器实际上创建了一个名为TestAnonymousInner1$1
的类,并使用该类实现了Eatable
接口。
6. 嵌套接口
前文主要介绍了嵌套类相关的知识,Java 中嵌套接口与嵌套类类似,下面我们来了解一下关于嵌套接口方面的知识。
嵌套接口(Nested Interface)指的是在一个类或接口中创建的接口。嵌套接口用于将相关的接口进行分组以便于维护。嵌套接口必须由外部接口或外部类引用,它不能直接访问。
需要记住的关于嵌套接口的要点:
这里给出了 Java 程序员应该记住的关于嵌套接口的要点:
- 在接口中声明的嵌套接口,默认修饰符为
public
,也必须为public
,但在类中声明嵌套接口则可以使用任何访问修饰符。 - 嵌套接口都被隐世声明为静态的。
在接口中声明嵌套接口:
interface interface_name{
...
interface nested_interface_name{
...
}
}
在类中声明嵌套接口:
class class_name{
...
interface nested_interface_name{
...
}
}
在接口中声明嵌套接口的示例:
在下面这个例子中,我们将学习如何声明嵌套接口以及如何使用它。
interface Showable{
void show();
// 声明嵌套接口
interface Message{
void msg();
}
}
class TestNestedInterface1 implements Showable.Message{
// 实现嵌套接口Message中的msg()方法
public void msg() {System.out.println("Hello nested interface");}
public static void main(String args[]){
// 实例化TestNestedInterface1类,向上转型为Showable.Message接口类型
Showable.Message message = new TestNestedInterface1();
message.msg();
}
}
输出结果:
Hello nested interface
正如上面的示例中所看到的,我们不能直接访问嵌套接口Message
,但是我们可以通过外部接口Showable
来访问它。
就好比房间中的衣柜,我们不能直接拿到衣柜中的衣服,我们必须先进入房间才行。
由编译器生成的嵌套接口Message的代码:
public static interface Showable$Message
{
public abstract void msg();
}
从上面代码可以看出,嵌套接口实际被声明为静态的了。
在类中声明嵌套接口的示例:
class A{
interface Message{
void msg();
}
}
class TestNestedInterface2 implements A.Message{
// 实现Message接口中的msg()方法
public void msg() {System.out.println("Hello nested interface");}
public static void main(String args[]){
// 实例化TestNestedInterface2类,并向上转型为A.Message类型
A.Message message = new TestNestedInterface2();
message.msg();
}
}
输出结果:
Hello nested interface
最后思考一下,我们可以在接口中定义一个类吗?
答案是可以的。当我们在接口中定义类时,Java 编译器会自动创建一个静态嵌套类。
interface M{
class A{}
}