Java 嵌套类基础详解

目录

• 1. 什么是嵌套类？
• 2. 为什么要使用嵌套类？
• 3. 嵌套类的类型
• 4. 静态嵌套类
• 5. 非静态嵌套类
  • 5.1 成员内部类
  • 5.2 局部内部类
  • 5.3 匿名内部类
• 6. 嵌套接口

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{}
}