Java编程思想学习笔记1 - 内部类

内部类简单来说就是定义在一个类内部的类。一直很难理解为什么要使用内部类，对内部类的理解始终停留在表明。今天详细学习了Java内部类的机制，总结下内部类的使用。归纳大纲如下：
1. 内部类的基础结构
2. 内部类的优点和使用场景
3. 内部类的分类
4. 内部类的继承
若有不正之处，请批评指教，共同成长！请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接

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1. 内部类的基础结构

package c10;

public class Parcel1 {
    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;
        }
    }

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

    public static void main(String[] args) {

        Parcel1 p = new Parcel1();
        Parcel1.Contents contents = p.new Contents();
        Parcel1.Destination dest = p.new Destination("Tasmania");
    }   
}

输出结果：Tasmania

内部类其实是一个编译时的概念（内部类与普通类的不同体现在编译上），如上例所示，编译完成后，分别生成三个class文件：Parcel1.class, Parcel1$Contents.class, Destination$Contents.class。
.class文件包含了如何创建该类型对象的全部信息。内部类生成的.class文件有严格的规则：外部类名称+$+内部类名称。如果是匿名内部类，编译器会简单地产生一个数字作为其表示符，如Parcel1$1.class.

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2. 内部类的优点和使用场景

Thinking in Java中通过一个章节详细讨论了为什么需要内部类，可能是因为笔者的理解能力有限，直到今天也无法明确体会作者的意思，总结起来有以下这些：
1. 内部类最吸引人的原因是：每个内部类都能独立继承一个（接口或类）的实现，所以无论外围类是否已经继承了某个（接口或类）实现，对于内部类都没有影响
2. 内部类可以有多个实例，每个实例都有自己的状态信息，并且与外围类对象的信息相互独立
3. 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，或集成同一个类
4. 内部类并没有令人迷惑的”is-a”关系，是一个独立的实体
也就是说通过内部类可以变相的实现类的多重继承（我们知道Java中只能引用多个接口，而不能继承多个类）。比如这样：

//基类A、B、C
class A {}
abstract class B {}
class C {}

//派生类通过内部类同时继承ABC
class Z extends A {
    class Z1 extends B{
        C makeC() { return new C(){}; }
    }
}

也看了网上各位大神的文章，总结归纳，自己对为什么使用内部类的理解是这样的：

使用内部类会破坏良好的代码结构（第一次看到会觉得怪怪的），但为类的设计者提供了一种途径来隐藏类的实现细节（这些往往是客户端程序员所不关注的），同时也是代码变的更加灵活。

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3. 内部类的分类

笔者认为内部类之所以很难理解，正是因为语法覆盖了大量难以理解的技术（如果都像基础内部类那样，就没有多少意思了）。内部类可以分为四种：成员内部类，局部内部类，嵌套类，匿名内部类。

• 静态内部类的应用场景是：只可以访问外部类的静态成员变量和静态成员方法。
• 成员内部类的应用场景是：它可以访问它的外部类的所有成员变量和方法，不管是静态的还是非静态的都可以。
• 局部内部类：像局部变量一样，不能被public, protected,
  private和static修饰。只能访问方法中定义的final类型的局部变量。
• 匿名内部类：匿名内部类就是没有名字的局部内部类，不使用关键字class, extends, implements,没有构造方法。匿名内部类隐式地继承了一个父类或者实现了一个接口。匿名内部类使用得比较多，通常是作为一个方法参数。

成员内部类

成员内部类拥有对外部类所有元素的访问权。
在成员内部类要引用外部类对象时，使用outer.this来表示外部类对象；
而需要创建内部类对象，可以使用outer.inner obj = outer.new inner();
（注意，在拥有外部类对象之前是不可能创建内部类对象的，除非你创建的是嵌套类）
举个例子：

package c10;

public class Parcel {
    private int num = 11;

    class Contents {
        private int num = 12;
        public void print() {
            int num = 13;
            System.out.println("局部变量：" + num);
            System.out.println("内部局部变量：" + this.num);
            System.out.println("外部局部变量：" + Parcel.this.num);
        }

    }

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

局部变量：13
内部局部变量：12
外部局部变量：11

局部内部类

当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，但又不希望这个类是公共可用的时，可以通过以下方式实现：

• 一个定义在方法中的类
• 一个定义在作用域内的类
• 一个实现了接口的匿名类
• 一个扩展了非默认构造器的匿名类
• 执行字段初始化的匿名类

定义在方法中的内部类：

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

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

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

    public static void main(String[] args) { 
        Parcel4 p = new Parcel4(); 
        Destination d = p.destination("Tasmania"); 
    } 
} 

Tasmania

PDestination类是destination()方法的一部分，在之外不能被访问。注意return语句中的向上转型，返回的是Destination的引用，它是PDestination的基类。

定义在作用域中的内部类：

public class Parcel6 { 
    private void internalTracking(boolean b) { 
        if (b) { 
            class TrackingSlip { 
                private String id; 
                TrackingSlip(String s) { 
                    id = s; 
                } 
                String getSlip() { 
                    return id; 
                } 
            } 
            TrackingSlip ts = new TrackingSlip("slip"); 
            String s = ts.getSlip(); 
        } 
    } 

    public void track() { 
        internalTracking(true); 
    } 

    public static void main(String[] args) { 
        Parcel5 p = new Parcel5(); 
        p.track(); 
    } 
} 

匿名内部类

一个匿名内部类的例子如下，匿名类是内部类比较常用的方式，简化了代码，更加灵活：

package c10;

//注释后，编译报错：Contents cannot be resolved to a type
//interface Contents { }

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

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

}

需要注意：
1. new匿名类前，这个类需要定义，否则编译报错；
2. 当所在的方法的形参需要被内部类里面使用时，该形参必须为final，否则编译报错，如下例所示：

package c10;

interface Destination {}

public class Parcel10 {
    public Destination destination(
            final String dest,final float price) {
        return new Destination() {
            private int cost;
            {
                cost = Math.round(price);
                if( cost > 100 ) {
                    System.out.println("Over budget");
                }
            }
            private String label = dest;
            public String readLabel() { return label; }

        };
    }

    public static void main(String[] args) {
        Parcel10 p = new Parcel10();
        Destination d = p.destination("Nanjing", 101.396F);
    }
}

通过匿名内部类，可以写出一个完美的工厂模式：

package c10;

interface Service {
    void method1();
    void method2();
}

interface ServiceFacotry {
    Service getService();
}

class Implementation1 implements Service {
    private Implementation1() {}

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("Implementation1 method1");      
    }
    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("Implementation1 method2");          
    }
    public static ServiceFacotry factory = 
            new ServiceFacotry() {              
                @Override
                public Service getService() {
                    return new Implementation1();
                }
            };
}

class Implementation2 implements Service {
    private Implementation2() {}

    @Override
    public void method1() {
        System.out.println("Implementation2 method1");      
    }
    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("Implementation2 method2");          
    }
    public static ServiceFacotry factory = 
            new ServiceFacotry() {              
                @Override
                public Service getService() {
                    return new Implementation2();
                }
            };
}

public class Factories {
    public static void serviceConsumer(ServiceFacotry fact) {
        Service s = fact.getService();
        s.method1();
        s.method2();
    }
    public static void main(String[] args) {
        serviceConsumer(Implementation1.factory);
        serviceConsumer(Implementation2.factory);
    }
}

Implementation1 method1
Implementation1 method2
Implementation2 method1
Implementation2 method2

嵌套类

如果不需要内部类对象与其外部类对象之间有联系，那么可以将内部类声明为static。嵌套类意味着：
1. 要创建嵌套类的对象，并不需要先创建外部类的对象
2. 不能从嵌套类的对象中访问非静态的外部类对象
3. 嵌套类和普通的内部类还有一个区别：普通内部类不能有static数据和static属性，也不能包含嵌套类，但嵌套类可以。而嵌套类不能声明为private，一般声明为public，方便调用。

package c10;

public class Parcel11 {
    private static int age = 12;

    static class Contents {
        public void print() {
            System.out.println(age);
        }
    }

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

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4. 内部类的继承

内部类的继承，是指内部类被继承，普通类extends内部类。而这时候代码上要有点特别处理，具体看以下例子：

public class InheritInner extends WithInner.Inner { 

    // InheritInner() 是不能通过编译的，一定要加上形参 
    InheritInner(WithInner wi) { 
        wi.super(); 
    } 

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

class WithInner { 
    class Inner {  
    } 
} 

可以看到子类的构造函数里面要使用父类的外部类对象.super();而这个对象需要从外面创建并传给形参。

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参考资料

• 《Thinking in Java》第4版
• http://www.cnblogs.com/dolphin0520/ 作者：海子
• http://www.cnblogs.com/nerxious/archive/2013/01/24/2875649.htm作者：Nerxious
• http://android.blog.51cto.com/268543/384844/ 作者：Icansoft