内部类简介

虽然Java是一门相对比较简单的编程语言,但是对于初学者, 还是有很多东西感觉云里雾里, 理解的不是很清晰。内部类就是一个经常让初学者感到迷惑的特性。 即使现在我自认为Java学的不错了, 但是依然不是很清楚。其中一个疑惑就是为什么内部类对象可以访问外部类对象中的成员(包括成员变量和成员方法)? 早就想对内部类这个特性一探究竟了,今天终于抽出时间把它研究了一下。

内部类就是定义在一个类内部的类。定义在类内部的类有两种情况:一种是被static关键字修饰的, 叫做静态内部类, 另一种是不被static关键字修饰的, 就是普通内部类。 在下文中所提到的内部类都是指这种不被static关键字修饰的普通内部类。 静态内部类虽然也定义在外部类的里面, 但是它只是在形式上(写法上)和外部类有关系, 其实在逻辑上和外部类并没有直接的关系。而一般的内部类,不仅在形式上和外部类有关系(写在外部类的里面), 在逻辑上也和外部类有联系。 这种逻辑上的关系可以总结为以下两点:

1 内部类对象的创建依赖于外部类对象;

2 内部类对象持有指向外部类对象的引用。

上边的第二条可以解释为什么在内部类中可以访问外部类的成员。就是因为内部类对象持有外部类对象的引用。但是我们不禁要问, 为什么会持有这个引用? 接着向下看, 答案在后面。

通过反编译字节码获得答案

在源代码层面, 我们无法看到原因,因为Java为了语法的简介, 省略了很多该写的东西, 也就是说很多东西本来应该在源代码中写出, 但是为了简介起见, 不必在源码中写出,编译器在编译时会加上一些代码。 现在我们就看看Java的编译器为我们加上了什么? 
首先建一个工程TestInnerClass用于测试。 在该工程中为了简单起见, 没有创建包, 所以源代码直接在默认包中。在该工程中, 只有下面一个简单的文件。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
public class Outer {
    int outerField = 0;
     
    class Inner{
        void InnerMethod(){
            int i = outerField;
        }
    }
}

该文件很简单, 就不用过多介绍了。 在外部类Outer中定义了内部类Inner, 并且在Inner的方法中访问了Outer的成员变量outerField。 
虽然这两个类写在同一个文件中, 但是编译完成后, 还是生成各自的class文件: 

这里我们的目的是探究内部类的行为, 所以只反编译内部类的class文件Outer$Inner.class 。 在命令行中, 切换到工程的bin目录, 输入以下命令反编译这个类文件:

1
javap -classpath . -v Outer$Inner

-classpath . 说明在当前目录下寻找要反编译的class文件 -v 加上这个参数输出的信息比较全面。包括常量池和方法内的局部变量表, 行号, 访问标志等等。 
注意, 如果有包名的话, 要写class文件的全限定名, 如:

1
javap -classpath . -v com.baidu.Outer$Inner

反编译的输出结果很多, 为了篇幅考虑, 在这里我们省略了常量池。 下面给出除了常量池之外的输出信息。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
{
  final Outer this$0;
    flags: ACC_FINAL, ACC_SYNTHETIC
 
 
  Outer$Inner(Outer);
    flags:
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: aload_0
         1: aload_1
         2: putfield      #10                 // Field this$0:LOuter;
         5: aload_0
         6: invokespecial #12                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
         9: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
               0      10     0  this   LOuter$Inner;
 
  void InnerMethod();
    flags:
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #10                 // Field this$0:LOuter;
         4: getfield      #20                 // Field Outer.outerField:I
         7: istore_1
         8: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 8: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
               0       9     0  this   LOuter$Inner;
               8       1     1     i   I
}</init>

首先我们会看到, 第一行的信息如下:

1
final Outer this$0;

这句话的意思是, 在内部类Outer$Inner中, 存在一个名字为this$0 , 类型为Outer的成员变量, 并且这个变量是final的。 其实这个就是所谓的“在内部类对象中存在的指向外部类对象的引用”。但是我们在定义这个内部类的时候, 并没有声明它, 所以这个成员变量是编译器加上的。 
虽然编译器在创建内部类时为它加上了一个指向外部类的引用, 但是这个引用是怎样赋值的呢?毕竟必须先给他赋值, 它才能指向外部类对象。 下面我们把注意力转移到构造函数上。 下面这段输出是关于构造函数的信息。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Outer$Inner(Outer);
  flags:
  Code:
    stack=2, locals=2, args_size=2
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #10                 // Field this$0:LOuter;
       5: aload_0
       6: invokespecial #12                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
       9: return
    LineNumberTable:
      line 5: 0
    LocalVariableTable:
      Start  Length  Slot  Name   Signature
             0      10     0  this   LOuter$Inner;</init>

我们知道, 如果在一个类中, 不声明构造方法的话, 编译器会默认添加一个无参数的构造方法。 但是这句话在这里就行不通了, 因为我们明明看到, 这个构造函数有一个构造方法, 并且类型为Outer。 所以说, 编译器会为内部类的构造方法添加一个参数, 参数的类型就是外部类的类型。 
下面我们看看在构造参数中如何使用这个默认添加的参数。 我们来分析一下构造方法的字节码。 下面是每行字节码的意义: 
aload_0 : 将局部变量表中的第一个引用变量加载到操作数栈。 这里有几点需要说明。 局部变量表中的变量在方法执行前就已经初始化完成;局部变量表中的变量包括方法的参数;成员方法的局部变量表中的第一个变量永远是this;操作数栈就是执行当前代码的栈。所以这句话的意思是: 将this引用从局部变量表加载到操作数栈。

aload_1:
将局部变量表中的第二个引用变量加载到操作数栈。 这里加载的变量就是构造方法中的Outer类型的参数。 
putfield #10 // Field this$0:LOuter;
使用操作数栈顶端的引用变量为指定的成员变量赋值。 这里的意思是将外面传入的Outer类型的参数赋给成员变量this$0 。 这一句putfield字节码就揭示了, 指向外部类对象的这个引用变量是如何赋值的。 
下面几句字节码和本文讨论的话题无关, 只做简单的介绍。 下面几句字节码的含义是: 使用this引用调用父类(Object)的构造方法然后返回。 
用我们比较熟悉的形式翻译过来, 这个内部类和它的构造函数有点像这样: (注意, 这里不符合Java的语法, 只是为了说明问题)

1
2
3
4
5
6
7
8
class Outer$Inner{
    final Outer this$0;
     
    public Outer$Inner(Outer outer){
        this.this$0 = outer;
        super();
    }
}

说到这里, 可以推想到, 在调用内部类的构造器初始化内部类对象的时候, 编译器默认也传入外部类的引用。 调用形式有点像这样: (注意, 这里不符合java的语法, 只是为了说明问题) 
vcq9ysfP4M2stcShoyDU2sTasr/A4LXESW5uZXJNZXRob2S3vbeo1tCjrCC3w87KwcvN4rK/wOC1xLPJ1LGx5MG/b3V0ZXJGaWVsZKOsIM/Cw+a1xNfWvdrC673Syr7By7fDzsrKx8jnus69+NDQtcSjugo8YnI+Cgo8cHJlIGNsYXNzPQ=="brush:java;"> void InnerMethod(); flags: Code: stack=1, locals=2, args_size=1 0: aload_0 1: getfield #10 // Field this$0:LOuter; 4: getfield #20 // Field Outer.outerField:I 7: istore_1 8: return
getfield #10 // Field this$0:LOuter;
将成员变量this$0加载到操作数栈上来 
getfield #20 // Field Outer.outerField:I
使用上面加载的this$0引用, 将外部类的成员变量outerField加载到操作数栈 
istore_1
将操作数栈顶端的int类型的值保存到局部变量表中的第二个变量上(注意, 第一个局部变量被this占用, 第二个局部变量是i)。操作数栈顶端的int型变量就是上一步加载的outerField变量。 所以, 这句字节码的含义就是: 使用outerField为i赋值。 
上面三步就是内部类中是如何通过指向外部类对象的引用, 来访问外部类成员的。

总结

文章写到这里, 相信读者对整个原理就会有一个清晰的认识了。 下面做一下总结: 
本文通过反编译内部类的字节码, 说明了内部类是如何访问外部类对象的成员的,除此之外, 我们也对编译器的行为有了一些了解, 编译器在编译时会自动加上一些逻辑, 这正是我们感觉困惑的原因。
关于内部类如何访问外部类的成员, 分析之后其实也很简单, 主要是通过以下几步做到的: 
1 编译器自动为内部类添加一个成员变量, 这个成员变量的类型和外部类的类型相同, 这个成员变量就是指向外部类对象的引用; 
2 编译器自动为内部类的构造方法添加一个参数, 参数的类型是外部类的类型, 在构造方法内部使用这个参数为1中添加的成员变量赋值; 
3 在调用内部类的构造函数初始化内部类对象时, 会默认传入外部类的引用。

深入理解Java中为什么内部类可以访问外部类的成员的更多相关文章

  1. Android(java)学习笔记150:为什么局部内部类只能访问外部类中的 final型的常量

    为什么匿名内部类参数必须为final类型: 1)  从程序设计语言的理论上:局部内部类(即:定义在方法中的内部类),由于本身就是在方法内部(可出现在形式参数定义处或者方法体处),因而访问方法中的局部变 ...

  2. Android(java)学习笔记93:为什么局部内部类只能访问外部类中的 final型的常量

    为什么匿名内部类参数必须为final类型: 1)  从程序设计语言的理论上:局部内部类(即:定义在方法中的内部类),由于本身就是在方法内部(可出现在形式参数定义处或者方法体处),因而访问方法中的局部变 ...

  3. 内部类访问外部类的变量必须是final吗,java静态方法中不能引用非静态变量,静态方法中不能创建内部类的实例

    内部类访问外部类的变量必须是final吗? 如下: package com.java.concurrent; class A { int i = 3; public void shout() { cl ...

  4. Java中的内部类与匿名内部类总结

    内部类 内部类不是很好理解,但说白了其实也就是一个类中还包含着另外一个类 如同一个人是由大脑.肢体.器官等身体结果组成,而内部类相当于其中的某个器官之一,例如心脏:它也有自己的属性和行为(血液.跳动) ...

  5. 转!!java中的内部类总结

    java内部类 内部类不是很好理解,但说白了其实也就是一个类中还包含着另外一个类 如同一个人是由大脑.肢体.器官等身体结果组成,而内部类相当于其中的某个器官之一,例如心脏:它也有自己的属性和行为(血液 ...

  6. Java 中的内部类

    前言 在第一次把Java 编程思想中的内部类这一章撸完后,有点印象.大概知道了什么时内部类,局部内部类,匿名内部类,嵌套内部类.随着时间的推移,自己慢慢的就忘记了,总感觉自己思考的东西不多,于是 看了 ...

  7. Java中的内部类怎么用

    一.为什么需要内部类?java内部类有什么好处?为什么需要内部类? 首先举一个简单的例子,如果你想实现一个接口,但是这个接口中的一个方法和你构想的这个类中的一个方法的名称,参数相同,你应该怎么办?这时 ...

  8. 讨论Java中的内部类是什么?

    目录 前言 what is that? 成员内部类 局部内部类 匿名内部类 why use it? how to use? 前言 内部类,讲完前面的特性,今天就讲下内部类这个用的比较多,出现频率挺高的 ...

  9. java中的内部类总结

    内部类不是很好理解,但说白了其实也就是一个类中还包含着另外一个类 如同一个人是由大脑.肢体.器官等身体结果组成,而内部类相当于其中的某个器官之一,例如心脏:它也有自己的属性和行为(血液.跳动) 显然, ...

随机推荐

  1. Django 批量导入文件

    1. 按照xlrd软件 pip3 install xlrd 2. POST提交文件获取数据 方法一:写入硬盘,xlrd读取xlsx文件获取文件数据 def batch_view(self,reques ...

  2. Docker概览

    Docker.xmind下载

  3. 《java并发编程实战》读书笔记6--取消与关闭

    第7章 取消与关闭 这章的主要内容是关于如何使任务和线程安全,快速,可靠的停止下来. 7.1 任务取消 在Java中没有一种安全的抢占方式来停止线程,但是可以使用一些协作机制,比如: 让素数生成器运行 ...

  4. HTTP资源合集

    (1)MoZILLA开发者web技术文档之HTTP 未完待续...

  5. [BZOJ4566][Haoi2016]找相同字符 后缀自动机+dp

    4566: [Haoi2016]找相同字符 Time Limit: 20 Sec  Memory Limit: 256 MBSubmit: 1212  Solved: 694[Submit][Stat ...

  6. T-SQL备忘(6):常用内置函数

    日期和时间函数: 1.获取当前时间:GETDATE() select GETDATE() 返回: 2015-04-27 20:52:06.700 2.返回时间的部分(日.月.年) a.获取日: sel ...

  7. 单源点最短路径的Dijkstra算法

    在带权图(网)里,点A到点B所有路径中边的权值之和为最短的那一条路径,称为A,B两点之间的最短路径;并称路径上的第一个顶点为源点(Source),最后一个顶点为终点(Destination).在无权图 ...

  8. 插入排序(InsertionSort)

    算法描述 插入排序是在一个已经有序的数据序列,要求在这个已经排好的数据序列中插入一个数,但要求插入后此数据序列仍然有序.插入排序是一种稳定的排序. 基本思想 插入排序是在一个已经有序的小序列的基础上, ...

  9. HttpClient不同版本超时时间的设置

    引自 https://www.cnblogs.com/hisunhyx/p/5028391.html 3.X是这样的 HttpClient client=new DefaultHttpClient() ...

  10. 洛谷—— P1598 垂直柱状图

    P1598 垂直柱状图 题目描述 写一个程序从输入文件中去读取四行大写字母(全都是大写的,每行不超过72个字符),然后用柱状图输出每个字符在输入文件中出现的次数.严格地按照输出样例来安排你的输出格式. ...