Java开发笔记（五十四）内部类和嵌套类

通常情况下，一个Java代码文件只定义一个类，即使两个类是父类与子类的关系，也要把它们拆成两个代码文件分别定义。可是有些事物相互之间密切联系，又不同于父子类的继承关系，比如一棵树会开很多花朵，这些花儿作为树木的一份子，它们依附于树木，却不是树木的后代。花朵不但拥有独特的形态，包括花瓣、花蕊、花萼等，而且拥有完整的生命周期，从含苞欲放到盛开绽放再到凋谢枯萎。这样一来，倘若把花朵抽象为花朵类，那么花朵类将囊括花瓣、花蕊、花萼等成员属性，以及含苞、盛开、凋谢等成员方法。既然花朵类如此规整，完全可以定义为一个class，但是花朵类又依附于树木类，说明它不适合从树木类独立出来。
为了解决这种依附关系的表达问题，自然就得打破常规思维，其实Java支持类中有类，在一个类的内部再定义另外一个类，仿佛新类是已有类的成员一般。一个类的成员包括成员属性和成员方法，还包括刚才说的成员类，不过“成员类”的叫法不常见，大家约定俗成的叫法是“内部类”，与内部类相对应，外层的类也可称作“外部类”。仍旧以前述的树木类和花朵类为例，如今可在树木类的内部增加定义花儿类，就像下面代码那样：

//演示内部类的简单定义
public class Tree {
	private String tree_name;
	
	public Tree(String tree_name) {
		this.tree_name = tree_name;
	}
	
	public void sprout() {
		System.out.println(tree_name+"发芽啦");
		// 外部类访问它的内部类，就像访问其它类一样，都要先创建类的实例，再访问它的成员
		Flower flower = new Flower("花朵");
		flower.bloom();
	}
	
	// Flower类位于Tree类的内部，它是个内部类
	public class Flower {
		private String flower_name;

		public Flower(String flower_name) {
			this.flower_name = flower_name;
		}

		public void bloom() {
			System.out.println(flower_name+"开花啦");
		}
	}
}

从以上代码可见，外部类里面访问内部类Flower，就像访问其它类一样，都要先创建类的实例，再访问它的成员。至于在外面别的地方访问这里的外部类Tree，自然也跟先前的用法没什么区别。可是如果别的地方也想调用内部类Flower，那就没这么容易了，因为直接通过new关键字是无法创建内部类实例的。只有先创建外部类的实例，才能基于该实例去new内部类的实例，内部实例的创建代码格式形如“外部类的实例名.new 内部类的名称(…)”。下面是外部调用内部类的具体代码例子：

// 先创建外部类的实例，再基于该实例去创建内部类的实例
TreeInner inner = new TreeInner("桃树");
// 创建一个内部类的实例，需要在new之前添加“外层类的实例名.”
TreeInner.Flower flower = inner.new Flower("桃花");
flower.bloom(); // 调用内部类实例的bloom方法

所谓好事多磨，引入内部类造成的麻烦不仅仅一个，还有另一个问题也挺棘手的。由于内部类是外部类的一个成员类，因此二者不可避免存在理论上的资源冲突。假设外部类与内部类同时拥有某个同名属性，比如它俩都定义了名叫tree_name的树木名称字段，那么在内部类里面，tree_name到底指的是内部类自身的同名属性，还是指外部类的同名属性呢？
从前面的类继承文章了解到，一旦遇到同名的父类属性、子类属性、输入参数，则编译器采取的是就近原则，例如在方法内部优先表示同名的输入参数，在子类内部优先表示同名的子类属性等等。同理，对于同名的内部类属性和外部类属性来说，tree_name在内部类里面优先表示内部类的同名属性。考虑到避免混淆的缘故，也可以在内部类里面使用“this.属性名”来表达内部类的自身属性。但如此一来，内部类又该怎样访问外部类的同名属性，确切地说，内部类Flower的定义代码应当如何调用外部类TreeInner的tree_name字段？显然这个问题足以让关键字this人格分裂，明明身在TreeInner里面，却代表不了TreeInner。为了拯救可怜的this，Java允许在this之前补充类名，从而限定此处的this究竟代表哪个类。譬如“TreeInner.this”表示的是外部类TreeInner自身，而“TreeInner.this.tree_name”则表示TreeInner的成员属性tree_name。于是在内部类里面终于能够区分内部类和外部类的同名属性了，详细的区分代码如下所示：

// 该方法访问内部类自身的tree_name字段
public void bloomInnerTree() {
	// 内部类里面的this关键字指代内部类自身
	System.out.println(this.tree_name+"的"+flower_name+"开花啦");
}

// 该方法访问外部类TreeInner的tree_name字段
public void bloomOuterTree() {
	// 要想在内部类里面访问外部类的成员，就必须在this之前添加“外部类的名称.”
	System.out.println(TreeInner.this.tree_name+"的"+flower_name+"开花啦");
}

当然多数场合没有这种外部与内部属性命名冲突的情况，故而在this前面添加类名纯属多此一举，只有定义了内部类，并且内部类又要访问外部类成员的时候，才需要显式指定this的归属类名。
苦口婆心地啰嗦了许久，内部类的小脾气总算搞定了。不料一波三折，之前说到其它地方调用内部类的时候，必须先创建外部类的实例，然后才能创建并访问内部类的实例。这个流程实在繁琐，好比我想泡一杯茉莉花茶，难道非得到田里种一株茉莉才行？很明显这么搞费时又费力，理想的做法是：只要属于对茉莉花的人为加工，而非紧密依赖于茉莉植株的自然生长，那么这个茉莉花类理应削弱与茉莉类的耦合关系。为了把新的类与类关系同外部类与内部类区分开来，Java允许在内部类的定义代码前面添加关键字static，表示这是一种静态的内部类，它无需强制绑定外部类的实例即可正常使用。
静态内部类的正式称呼叫“嵌套类”，外层类于它而言仿佛一层外套，有套没套不会对嵌套类的功能运用产生实质性影响，套一套的目的仅仅表示二者比较熟悉而已。下面是把Flower类改写为嵌套类的代码定义例子，表面上只加了一个static：

//演示嵌套类的定义
public class TreeNest {
	private String tree_name;

	public TreeNest(String tree_name) {
		this.tree_name = tree_name;
	}

	public void sprout() {
		System.out.println(tree_name+"发芽啦");
	}
	
	// Flower类虽然位于TreeNest类的里面，但是它被static修饰，故而与TreeNest类的关系比起一般的内部类要弱。
	// 为了与一般的内部类区别开来，这里的Flower类被叫做嵌套类。
	public static class Flower {
		private String flower_name;
		
		public Flower(String flower_name) {
			this.flower_name = flower_name;
		}

		public void bloom() {
			System.out.println(flower_name+"开花啦");
		}

		public void bloomOuterTree() {
			// 注意下面的写法是错误的，嵌套类不能直接访问外层类的成员
			//System.out.println(TreeNest.this.tree_name+"的"+flower_name+"开花啦");
		}
	}
}

现在Flower类变成了嵌套类，别的地方访问它就会省点事，按照格式“new 外层类的名称.嵌套类的名称(…)”即可直接创建嵌套类的实例，不必画蛇添足先创建外层类的实例。完整的调用代码如下所示：

// 演示嵌套类的调用方法
private static void testNest() {
	// 创建一个嵌套类的实例，格式为“new 外层类的名称.嵌套类的名称(...)”
	TreeNest.Flower flower = new TreeNest.Flower("桃花");
	flower.bloom();
}

正所谓有利必有弊，外部调用嵌套类倒是省事，嵌套类自身若要访问外层类就不能随心所欲了。原先花朵类作为内部类之时，通过前缀“外部类的名称.this”便可访问外部类的各项成员；现今花朵类摇身一变嵌套类，要访问外层的树木类不再容易了，对嵌套类而言，外层类犹如一个熟悉的陌生人，想跟它打招呼就像跟路人打招呼一样无甚区别，都得先创建对方的实例，然后才能通过实例访问它的每个成员。
迄今为止，这里已经介绍了好几种的类，它们相互之间的关系各异，通俗地说，子类与父类之间是继承关系，内部类与外部类之间是共存关系，嵌套类与外层类之间是同居关系。

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