7.6 内部类
7.6 内部类
在
通常，对内部类的需要并不是特别明显的，至少不会立即感觉到自己需要使用内部类。在本章的末尾，介绍完内部类的所有语法之后，大家会发现一个特别的例子。通过它应该可以清晰地认识到内部类的好处。
创建内部类的过程是平淡无奇的：将类定义置入一个用于封装它的类内部（若执行这个程序遇到麻烦，请参见第
//: Parcel1.java
// Creating inner classes
package c07.parcel1;
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; }
}
// Using inner classes looks just like
// using any other class, within Parcel1:
public void ship(String dest) {
Contents c = new Contents();
Destination d = new Destination(dest);
}
public static void main(String[] args) {
Parcel1 p = new Parcel1();
p.ship("Tanzania");
}
} ///:~
若在
更典型的一种情况是，一个外部类拥有一个特殊的方法，它会返回指向一个内部类的指针。就象下面这样：
//: Parcel2.java
// Returning a handle to an inner class
package c07.parcel2;
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; }
}
public Destination to(String s) {
return new Destination(s);
}
public Contents cont() {
return new Contents();
}
public void ship(String dest) {
Contents c = cont();
Destination d = to(dest);
}
public static void main(String[] args) {
Parcel2 p = new Parcel2();
p.ship("Tanzania");
Parcel2 q = new Parcel2();
// Defining handles to inner classes:
Parcel2.Contents c = q.cont();
Parcel2.Destination d = q.to("Borneo");
}
} ///:~
若想在除外部类非
迄今为止，内部类看起来仍然没什么特别的地方。毕竟，用它实现隐藏显得有些大题小做。
然而，当我们准备上溯造型到一个基础类（特别是到一个接口）的时候，内部类就开始发挥其关键作用（从用于实现的对象生成一个接口指针具有与上溯造型至一个基础类相同的效果
//: Parcel3.java
// Returning a handle to an inner class
package c07.parcel3;
abstract class Contents {
abstract public int value();
}
interface Destination {
String readLabel();
}
public class Parcel3 {
private class PContents extends Contents {
private int i = 11;
public int value() { return i; }
}
protected class PDestination
implements Destination {
private String label;
private PDestination(String whereTo) {
label = whereTo;
}
public String readLabel() { return label; }
}
public Destination dest(String s) {
return new PDestination(s);
}
public Contents cont() {
return new PContents();
}
}
class Test {
public static void main(String[] args) {
Parcel3 p = new Parcel3();
Contents c = p.cont();
Destination d = p.dest("Tanzania");
// Illegal -- can't access private class:
//! Parcel3.PContents c = p.new PContents();
}
} ///:~
现在，
在
普通（非内部）类不可设为
注意
至此，我们已基本理解了内部类的典型用途。对那些涉及内部类的代码，通常表达的都是“单纯”的内部类，非常简单，且极易理解。然而，内部类的设计非常全面，不可避免地会遇到它们的其他大量用法——假若我们在一个方法甚至一个任意的作用域内创建内部类。有两方面的原因促使我们这样做：
在下面这个例子里，将修改前面的代码，以便使用：
所有这些都在
//: Destination.java
package c07.innerscopes;
interface Destination {
String readLabel();
} ///:~
由于我们已认为
//: Contents.java
package c07.innerscopes;
interface Contents {
int value();
} ///:~
尽管是含有具体实施细节的一个普通类，但
//: Wrapping.java
package c07.innerscopes;
public class Wrapping {
private int i;
public Wrapping(int x) { i = x; }
public int value() { return i; }
} ///:~
在上面的代码中，我们注意到
//: Parcel4.java
// Nesting a class within a method
package c07.innerscopes;
public class Parcel4 {
public Destination dest(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.dest("Tanzania");
}
} ///:~
//: Parcel5.java
// Nesting a class within a scope
package c07.innerscopes;
public class Parcel5 {
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();
}
// Can't use it here! Out of scope:
//! TrackingSlip ts = new TrackingSlip("x");
}
public void track() { internalTracking(true); }
public static void main(String[] args) {
Parcel5 p = new Parcel5();
p.track();
}
} ///:~
//: Parcel6.java
// A method that returns an anonymous inner class
package c07.innerscopes;
public class Parcel6 {
public Contents cont() {
return new Contents() {
private int i = 11;
public int value() { return i; }
}; // Semicolon required in this case
}
public static void main(String[] args) {
Parcel6 p = new Parcel6();
Contents c = p.cont();
}
} ///:~
return new Contents()
但在这之后，在遇到分号之前，我们又说
return new Contents() {
private int i = 11;
public int value() { return i; }
};
这种奇怪的语法要表达的意思是
class MyContents extends Contents {
private int i = 11;
public int value() { return i; }
}
return new MyContents();
在匿名内部类中，
//: Parcel7.java
// An anonymous inner class that calls the
// base-class constructor
package c07.innerscopes;
public class Parcel7 {
public Wrapping wrap(int x) {
// Base constructor call:
return new Wrapping(x) {
public int value() {
return super.value() * 47;
}
}; // Semicolon required
}
public static void main(String[] args) {
Parcel7 p = new Parcel7();
Wrapping w = p.wrap(10);
}
} ///:~
也就是说，我们将适当的自变量简单地传递给基础类构造器，在这儿表现为在“new Wrapping(x)”中传递
//: Parcel8.java
// An anonymous inner class that performs
// initialization. A briefer version
// of Parcel5.java.
package c07.innerscopes;
public class Parcel8 {
// Argument must be final to use inside
// anonymous inner class:
public Destination dest(final String dest) {
return new Destination() {
private String label = dest;
public String readLabel() { return label; }
};
}
public static void main(String[] args) {
Parcel8 p = new Parcel8();
Destination d = p.dest("Tanzania");
}
} ///:~
若试图定义一个匿名内部类，并想使用在匿名内部类外部定义的一个对象，则编译器要求外部对象为
//: Parcel9.java
// Using "instance initialization" to perform
// construction on an anonymous inner class
package c07.innerscopes;
public class Parcel9 {
public Destination
dest(final String dest, final float price) {
return new Destination() {
private int cost;
// Instance initialization for each object:
{
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) {
Parcel9 p = new Parcel9();
Destination d = p.dest("Tanzania", 101.395F);
}
} ///:~
在实例初始化模块中，我们可看到代码不能作为类初始化模块（即
迄今为止，我们见到的内部类好象仅仅是一种名字隐藏以及代码组织方案。尽管这些功能非常有用，但似乎并不特别引人注目。然而，我们还忽略了另一个重要的事实。创建自己的内部类时，那个类的对象同时拥有指向封装对象（这些对象封装或生成了内部类）的一个链接。所以它们能访问那个封装对象的成员——毋需取得任何资格。除此以外，内部类拥有对封装类所有元素的访问权限（注释 ②
//: Sequence.java
// Holds a sequence of Objects
interface Selector {
boolean end();
Object current();
void next();
}
public class Sequence {
private Object[] o;
private int next = 0;
public Sequence(int size) {
o = new Object[size];
}
public void add(Object x) {
if(next < o.length) {
o[next] = x;
next++;
}
}
private class SSelector implements Selector {
int i = 0;
public boolean end() {
return i == o.length;
}
public Object current() {
return o[i];
}
public void next() {
if(i < o.length) i++;
}
}
public Selector getSelector() {
return new SSelector();
}
public static void main(String[] args) {
Sequence s = new Sequence(10);
for(int i = 0; i < 10; i++)
s.add(Integer.toString(i));
Selector sl = s.getSelector();
while(!sl.end()) {
System.out.println((String)sl.current());
sl.next();
}
}
} ///:~
②：这与
其中，
在这里，
从表面看，
因此，我们现在知道一个内部类可以访问封装类的成员。这是如何实现的呢？内部类必须拥有对封装类的特定对象的一个引用，而封装类的作用就是创建这个内部类。随后，当我们引用封装类的一个成员时，就利用那个（隐藏）的引用来选择那个成员。幸运的是，编译器会帮助我们照管所有这些细节。但我们现在也可以理解内部类的一个对象只能与封装类的一个对象联合创建。在这个创建过程中，要求对封装类对象的指针进行初始化。若不能访问那个指针，编译器就会报错。进行所有这些操作的时候，大多数时候都不要求程序员的任何介入。
为正确理解
但在存在一些限制：由于
倘若为了创建内部类的对象而不需要创建外部类的一个对象，那么可将所有东西都设为
//: Parcel10.java
// Static inner classes
package c07.parcel10;
abstract class Contents {
abstract public int value();
}
interface Destination {
String readLabel();
}
public class Parcel10 {
private static class PContents
extends Contents {
private int i = 11;
public int value() { return i; }
}
protected static class PDestination
implements Destination {
private String label;
private PDestination(String whereTo) {
label = whereTo;
}
public String readLabel() { return label; }
}
public static Destination dest(String s) {
return new PDestination(s);
}
public static Contents cont() {
return new PContents();
}
public static void main(String[] args) {
Contents c = cont();
Destination d = dest("Tanzania");
}
} ///:~
在
通常，我们不在一个接口里设置任何代码，但
//: IInterface.java
// Static inner classes inside interfaces
interface IInterface {
static class Inner {
int i, j, k;
public Inner() {}
void f() {}
}
} ///:~
在本书早些时候，我建议大家在每个类里都设置一个
//: TestBed.java
// Putting test code in a static inner class
class TestBed {
TestBed() {}
void f() { System.out.println("f()"); }
public static class Tester {
public static void main(String[] args) {
TestBed t = new TestBed();
t.f();
}
}
} ///:~
这样便生成一个独立的、名为
若想生成外部类对象的指针，就要用一个点号以及一个
有些时候，我们想告诉其他某些对象创建它某个内部类的一个对象。为达到这个目的，必须在
//: Parcel11.java
// Creating inner classes
package c07.parcel11;
public class Parcel11 {
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 static void main(String[] args) {
Parcel11 p = new Parcel11();
// Must use instance of outer class
// to create an instances of the inner class:
Parcel11.Contents c = p.new Contents();
Parcel11.Destination d =
p.new Destination("Tanzania");
}
} ///:~
为直接创建内部类的一个对象，不能象大家或许猜想的那样——采用相同的形式，并引用外部类名
Parcel11.Contents c = p.new Contents();
因此，除非已拥有外部类的一个对象，否则不可能创建内部类的一个对象。这是由于内部类的对象已同创建它的外部类的对象“默默”地连接到一起。然而，如果生成一个
由于内部类构造器必须同封装类对象的一个指针联系到一起，所以从一个内部类继承的时候，情况会稍微变得有些复杂。这儿的问题是封装类的“秘密”指针必须获得初始化，而且在衍生类中不再有一个默认的对象可以连接。解决这个问题的办法是采用一种特殊的语法，明确建立这种关联：
//: InheritInner.java
// Inheriting an inner class
class WithInner {
class Inner {}
}
public class InheritInner
extends WithInner.Inner {
//! InheritInner() {} // Won't compile
InheritInner(WithInner wi) {
wi.super();
}
public static void main(String[] args) {
WithInner wi = new WithInner();
InheritInner ii = new InheritInner(wi);
}
} ///:~
从中可以看到，
enclosingClassHandle.super();
它提供了必要的指针，以便程序正确编译。
若创建一个内部类，然后从封装类继承，并重新定义内部类，那么会出现什么情况呢？也就是说，我们有可能覆盖一个内部类吗？这看起来似乎是一个非常有用的概念，但“覆盖”一个内部类——好象它是外部类的另一个方法——这一概念实际不能做任何事情：
//: BigEgg.java
// An inner class cannot be overriden
// like a method
class Egg {
protected class Yolk {
public Yolk() {
System.out.println("Egg.Yolk()");
}
}
private Yolk y;
public 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) {
new BigEgg();
}
} ///:~
默认构造器是由编译器自动合成的，而且会调用基础类的默认构造器。大家或许会认为由于准备创建一个
New Egg()
Egg.Yolk()
这个例子简单地揭示出当我们从外部类继承的时候，没有任何额外的内部类继续下去。然而，仍然有可能“明确”地从内部类继承：
//: BigEgg2.java
// Proper inheritance of an inner class
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();
public 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()");
}
public void f() {
System.out.println("BigEgg2.Yolk.f()");
}
}
public BigEgg2() { insertYolk(new Yolk()); }
public static void main(String[] args) {
Egg2 e2 = new BigEgg2();
e2.g();
}
} ///:~
现在，
Egg2.Yolk()
New Egg2()
Egg2.Yolk()
BigEgg2.Yolk()
BigEgg2.Yolk.f()
对
由于每个类都会生成一个
InheritInner.class
WithInner$Inner.class
WithInner.class
如果内部类是匿名的，那么编译器会简单地生成数字，把它们作为内部类标识符使用。若内部类嵌套于其他内部类中，则它们的名字简单地追加在一个
这种生成内部名称的方法除了非常简单和直观以外，也非常“健壮”，可适应大多数场合的要求（注释 ③
③：但在另一方面，由于“$”也是
到目前为止，大家已接触了对内部类的运作进行描述的大量语法与概念。但这些并不能真正说明内部类存在的原因。为什么
一个“应用程序框架”是指一个或一系列类，它们专门设计用来解决特定类型的问题。为应用应用程序框架，我们可从一个或多个类继承，并覆盖其中的部分方法。我们在覆盖方法中编写的代码用于定制由那些应用程序框架提供的常规方案，以便解决自己的实际问题
为理解内部类如何简化控制框架的创建与使用，可认为一个控制框架的工作就是在事件“就绪”以后执行它们。尽管“就绪”的意思很多，但在目前这种情况下，我们却是以计算机时钟为基础。随后，请认识到针对控制框架需要控制的东西，框架内并未包含任何特定的信息。首先，它是一个特殊的接口，描述了所有控制事件。它可以是一个抽象类，而非一个实际的接口。由于默认行为是根据时间控制的，所以部分实施细节可能包括：
//: Event.java
// The common methods for any control event
package c07.controller;
abstract public class Event {
private long evtTime;
public Event(long eventTime) {
evtTime = eventTime;
}
public boolean ready() {
return System.currentTimeMillis() >= evtTime;
}
abstract public void action();
abstract public String description();
} ///:~
希望
下面这个文件包含了实际的控制框架，用于管理和触发事件。第一个类实际只是一个“助手”类，它的职责是容纳
//: Controller.java
// Along with Event, the generic
// framework for all control systems:
package c07.controller;
// This is just a way to hold Event objects.
class EventSet {
private Event[] events = new Event[100];
private int index = 0;
private int next = 0;
public void add(Event e) {
if(index >= events.length)
return; // (In real life, throw exception)
events[index++] = e;
}
public Event getNext() {
boolean looped = false;
int start = next;
do {
next = (next + 1) % events.length;
// See if it has looped to the beginning:
if(start == next) looped = true;
// If it loops past start, the list
// is empty:
if((next == (start + 1) % events.length)
&& looped)
return null;
} while(events[next] == null);
return events[next];
}
public void removeCurrent() {
events[next] = null;
}
}
public class Controller {
private EventSet es = new EventSet();
public void addEvent(Event c) { es.add(c); }
public void run() {
Event e;
while((e = es.getNext()) != null) {
if(e.ready()) {
e.action();
System.out.println(e.description());
es.removeCurrent();
}
}
}
} ///:~
注意
注意在迄今为止的所有设计中，我们仍然不能准确地知道一个“事件”要做什么。这正是整个设计的关键；它怎样“将发生变化的东西同没有变化的东西区分开”？或者用我的话来讲
这里正是内部类大显身手的地方。它们允许我们做两件事情：
现在要请大家思考控制框架的一种具体实施方式，它设计用来控制温室（Greenhouse）功能（注释 ④
④：由于某些特殊原因，这对我来说是一个经常需要解决的、非常有趣的问题；原来的例子在《C++ Inside & Out》一书里也出现过，但
作为应用程序框架的一种典型行为，
//: GreenhouseControls.java
// This produces a specific application of the
// control system, all in a single class. Inner
// classes allow you to encapsulate different
// functionality for each type of event.
package c07.controller;
public class GreenhouseControls
extends Controller {
private boolean light = false;
private boolean water = false;
private String thermostat = "Day";
private class LightOn extends Event {
public LightOn(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here to
// physically turn on the light.
light = true;
}
public String description() {
return "Light is on";
}
}
private class LightOff extends Event {
public LightOff(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here to
// physically turn off the light.
light = false;
}
public String description() {
return "Light is off";
}
}
private class WaterOn extends Event {
public WaterOn(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here
water = true;
}
public String description() {
return "Greenhouse water is on";
}
}
private class WaterOff extends Event {
public WaterOff(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here
water = false;
}
public String description() {
return "Greenhouse water is off";
}
}
private class ThermostatNight extends Event {
public ThermostatNight(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here
thermostat = "Night";
}
public String description() {
return "Thermostat on night setting";
}
}
private class ThermostatDay extends Event {
public ThermostatDay(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Put hardware control code here
thermostat = "Day";
}
public String description() {
return "Thermostat on day setting";
}
}
// An example of an action() that inserts a
// new one of itself into the event list:
private int rings;
private class Bell extends Event {
public Bell(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
// Ring bell every 2 seconds, rings times:
System.out.println("Bing!");
if(--rings > 0)
addEvent(new Bell(
System.currentTimeMillis() + 2000));
}
public String description() {
return "Ring bell";
}
}
private class Restart extends Event {
public Restart(long eventTime) {
super(eventTime);
}
public void action() {
long tm = System.currentTimeMillis();
// Instead of hard-wiring, you could parse
// configuration information from a text
// file here:
rings = 5;
addEvent(new ThermostatNight(tm));
addEvent(new LightOn(tm + 1000));
addEvent(new LightOff(tm + 2000));
addEvent(new WaterOn(tm + 3000));
addEvent(new WaterOff(tm + 8000));
addEvent(new Bell(tm + 9000));
addEvent(new ThermostatDay(tm + 10000));
// Can even add a Restart object!
addEvent(new Restart(tm + 20000));
}
public String description() {
return "Restarting system";
}
}
public static void main(String[] args) {
GreenhouseControls gc =
new GreenhouseControls();
long tm = System.currentTimeMillis();
gc.addEvent(gc.new Restart(tm));
gc.run();
}
} ///:~
注意
大多数