难度

初级

学习时间

30分钟

适合人群

零基础

开发语言

Java

开发环境JDK v11IntelliJ IDEA v2018.3提示

本教学属于系列教学，内容具有连贯性，本章使用到的内容之前教学中都有详细讲解。

1.内部类

前面学习过内部类，这里我们来温故一下。

演示：

请定义一个内部类。

代码：

没有学习过的同学或者是不太清楚内部类的同学也别急，可以点击下面内部类学习资料来进行学习。

附：内部类学习资料

“全栈2019”Java第六十七章：内部类、嵌套类详解

“全栈2019”Java第六十八章：外部类访问内部类成员详解

“全栈2019”Java第六十九章：内部类访问外部类成员详解

“全栈2019”Java第七十章：静态内部类详解

“全栈2019”Java第七十一章：外部类访问静态内部类成员详解

“全栈2019”Java第七十二章：静态内部类访问外部类成员

“全栈2019”Java第七十三章：外部类里多个静态非静态内部类详解

“全栈2019”Java第七十四章：内部类与静态内部类相互嵌套

“全栈2019”Java第七十五章：内部类持有外部类对象

“全栈2019”Java第七十六章：静态、非静态内部类访问权限

“全栈2019”Java第七十七章：抽象内部类与抽象静态内部类详解

“全栈2019”Java第七十八章：内部类可以继承其他类吗？

“全栈2019”Java第七十九章：类中可以嵌套接口吗？

“全栈2019”Java第八十章：外部类是否能实现本类中的接口？

“全栈2019”Java第八十一章：外部类能否访问嵌套接口里的成员？

“全栈2019”Java第八十二章：嵌套接口能否访问外部类中的成员？

“全栈2019”Java第八十三章：内部类与接口详解

“全栈2019”Java第八十四章：接口中嵌套接口详解

“全栈2019”Java第八十五章：实现接口中的嵌套接口

“全栈2019”Java第八十六章：嵌套接口可以多继承吗？

“全栈2019”Java第八十七章：类中嵌套接口的应用场景（拔高题）

“全栈2019”Java第八十八章：接口中嵌套接口的应用场景

“全栈2019”Java第八十九章：接口中能定义内部类吗？

“全栈2019”Java第九十章：内部类可以向上或向下转型吗？

“全栈2019”Java第九十一章：内部类具有多态特性吗？

“全栈2019”Java第九十二章：外部类与内部类成员覆盖详解

2.一个非常简单的应用场景

让我们通过一个非常简单的应用场景来了解为什么要使用内部类。

在我们日常编写代码的时候，都会写一个Main类，在Main类里面写一个main()方法来测试我们所写的功能。

例如：我们写了一个文字工具类，在这个类里面存放的都是关于如何处理文字的功能。

演示：

请定义一个文字工具类TextUtils，在TextUtils类中定义一个文字转大写的功能。

请在Main类的main()方法中测试TextUtils中的转大写功能。

请观察程序运行结果。

代码：

TextUtils类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，符合预期，程序也没有任何错误。

过了一段时间，我又来了一个数学工具类，里面存放的都是跟数学有关的功能。

演示：

请定义一个数学工具类MathUtils，在其中定义一个加法功能。

请在Main类的main()方法中测试MathUtils中的加法功能。

请观察程序运行结果。

代码：

MathUtils类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题。

上面我们一共写了三个类，一个TextUtils文字工具类，一个MathUtils数学工具类，还有一个测试类Main。

大家有没有发现，如果我想测试TextUtils类的转大写功能，我得来改Main类中的main()方法；如果我想测试MathUtils类的加法功能，我得来改Main类中的main()方法。假如还有其他很多工具类，我都想测一下它们里面功能，这意味着，我每测一次都得改一次Main类中的main()方法，麻烦的很。而且还不能保留我上次测试用例，很糟糕的体验，意味着每次你想测试功能的时候都得写一遍测试用例。

有没有改进的余地？

有。大家想想，既然每个类里面都可以拥有main()方法（没有规定只有Main类里面才能拥有main()方法），我们为什么不让每个工具类里面都拥有一个main()方法呢？测试直接在本来中进行。

好，接下来我们来试试在工具类中定义main()方法。

演示：

请将上述程序中Main类的main()方法移至TextUtils类中。

请在TextUtils类中执行main()方法。

请观察程序运行结果。

代码：

TextUtils类：

结果：

结果依然是正确的。说明将main()方法从Main类中移至TextUtils类是可以的。

好，请问main()方法就这样放在TextUtils类中妥不妥？

该做法实为不妥。大家想一想，我们TextUtils类是用来存放处理文字相关功能的，不包括测试方法。那就难了，也就是说，我们还得把main()方法重新写在Main类里面，现在我不想把main()方法写在Main类里面，只想把测试方法放在我功能方法放在一起，方便随时都可以测试。

针对上述问题，有没有解决的办法？

有。我们可以采取在工具类里面定义内部类的做法，该内部类是一个测试类，只用于测试。定义测试内部类的好处有很多，比如，不干扰正常类的使用；能够直接访问外部类中的成员（包括私有），这样就避免了很多麻烦。

接下来，我们就来改进TextUtils类。

演示：

请使用内部类的方式解决上述代码问题。

请观察程序运行结果。

代码：

TextUtils类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题，结果也符合预期。

我们简单的分析一下程序。首先来看测试内部类：

我们发现这个内部类它是一个静态内部类，为什么它会是一个静态内部类呢？

因为它里面的main()方法是静态，我们非静态的内部类是无法拥有静态方法的。

接着来看main()方法：

它就直接调用了外部类中的测试方法。甚至我们把这个TextUtils类名去掉也可以，直接写TextUtils类中的方法即可：

程序经过我们一番改进，现在可以说随时随地测试。测试类跟随着功能类，当然了，这里只是说用main()方法来测试程序功能时的做法，等后面我们需要单元测试等等一些高级测试后，那又是不一样的体验。

通过此例，我们能够感受到内部类带来的便利，这里小结一下：

内部类是一种逻辑分组仅在一个地方使用的类的方法：如果一个类只对另一个类有用，那么将它嵌入该类并将两者保持在一起是合乎逻辑的。 嵌套这样的“帮助类”使得它们的包更加简化。

测试类就是一个帮助类，它帮助了工具类更好的测试内部的功能。

3.迭代器设计模式

我们再来一个稍微复杂一点的例子，该例子很常见，也很实用。

友情提示：该案例从无到有一步一步讲解迭代器设计模式的形成，（本小节很长）希望大家能够有足够的耐性阅读，如果想直接看最终结果请拖至本节末尾。

演示：

请设计一个类，该类是一个专门存储数字的集合类。

请再设计一个类，该类是一个专门存储文字的集合类。

请观察程序代码。

代码：

NumberList类：

TextList类：

从程序代码来看呢，NumberList和TextList类里面各自都有一个数组，数组类型一个是int，存储的是数字；还有一个是String，存储的是文字。它们的初始大小都是10。

存储的容器定义完了，接下来该定义能够添加元素的方法了。

演示：

请将上例中的NumberList和TextList两个类各自新增一个添加元素的方法。

请观察程序代码。

代码：

NumberList类：

TextList类：

我们来解释一下这段代码是什么意思。拿NumberList类来说：

该实例变量position是用来记录当前数字数组已经添加到什么位置了。打个比方来说，初始position的值为0，这意味着第一次调用add()方法时：

条件满足，执行添加元素语句：

注意，此时position值为0，所以是给数组中的第一个位置上添加元素。

接着往下执行，累加position值：

这是因为数组中第一个位置已经添加过元素了，再添加的话就是第二个位置，当第二个位置添加元素时，再往下就是第三个元素，以此类推，直到把数组添加满为止。所以，position要不断累加，以让数组每一个位置都被添加上值。

下面，我们就来演示添加元素这个功能，在演示之前，我们还有一个TextList类没有说，其实这个类和NumberList类一摸一样，只是数组的类型不同，一个int，一个String，所以请大家谅解，这里不再赘述。如果还有不懂的同学，请在评论区留言，我会再详细讲解给你。

好了，我们来测试添加元素功能。

演示：

请保持上例已有代码不变。

请在Main类的main()方法中创建出NumberList和TextList两个集合类。

请使用两个集合类的添加元素方法。

请观察程序运行结果。

代码：

NumberList类：

TextList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有任何问题。可能有的同学有些疑惑，程序咋啥都没有输出呢？因为我们在程序中没有写任何的输出语句。该程序只要它不报错，就没有问题，为什么这么说呢？因为我在给NumberList添加元素的时候，是循环添加的，而循环次数是20次：

也就是说远远超过了NumberList类里面数组长度，所以，只要程序它不报错，就是正确的。

好，容器也定义了，元素也添加了，我想看看容器里到底存了什么元素，怎么看呢？数组嘛，当然是遍历啦。现在问题是数组定义在类里面，所以要么把数组暴露出来，在Main类里面遍历，要么在自己类里面遍历。选哪种？

第一种，暴露数组，自定义对元素的操作。

演示：

请在上例中NumberList类里添加一个获取数组的方法。

请在Main类main()方法中遍历NumberList中的数组。

请观察程序运行结果。

代码：

NumberList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题。

简单的来分析一个程序，我们给NumberList类中新增了一个可以获取内部数组的方法：

然后我们来看Main类中的main()方法：

获取数字数组，然后对其进行遍历，循环体中的内容由我们任意定义。执行结果：

这是第一种方式，下面我们再来看第二种方式。

第二种，不暴露数组，类中自行遍历，不能自定义对元素对操作。

演示：

请将NumberList获取数组方法替换为遍历数组方法。

请在Main类main()方法中调用遍历数组方法。

请观察程序运行结果。

代码：

NumberList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题。

我们简单的分析一下此程序，首先是NumberList的遍历数组方法：

一旦遍历方法写死，那就真的无法改变了，也就是说你只有遍历数字数组，那就是打印里面的数字，无法对数组中的元素进行操作，例如我想给遍历每一个元素时，打印该元素加100的结果，第一种方式很好就实现了：

而第二种方式又得去改NumberList的iteration()方法，很麻烦，而且我们对元素的操作千奇百怪，你是不可能在一个方法里面写完的，所以第二种方式不推荐大家使用。

好了，经过两个遍历定义在类里的数组的方式，发现第一种方式还是要好很多。

对了，我们除了NumberList需要遍历以外，TextList同样需要遍历，那么这两个类都需要将各自的数组提供出去。

演示：

请将NumberList类和TextList类都提供获取数组的方法。

请在Main类main()方法中遍历它们的元素。

请观察程序运行结果。

代码：

NumberList类：

TextList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题。至于大家看见结果中有7个null，那是String类型的默认值。因为我们只添加了三个文字元素，所以后面七个都是null。

刚刚说的不是重点，重点是我们遍历的操作有点重复：

该写一个公共方法，然后遍历的时候只需要调这个公共方法即可，而且方法的参数还得是Object类型的，因为设置为int类型，String不兼容；设置为String类型，int不兼容。该方法定义在Main类中：

看似很美好，我们来运行程序：

错误信息：

文字版：

/Users/admin/Workspace/Java/Hello/src/main/Main.java

Error:(22, 38) java: 不兼容的类型: int[]无法转换为java.lang.Object[]

完了，这下无法抽取公共遍历方法。

那有没有解决的办法呢？

有。大家想想，NumberList和TextList里面都有数组，而且都需要遍历数组，我们为什么不抽取它们公共部分呢？

有人估计想问公共部分是什么呢？

是遍历数组啊。让NumberList和TextList两个容器类之间产生一点联系，前面我们学过连接类与类用接口。问题是，接口里面定义一些什么东西呢？

首先，我们是一个一个取出来的，所以要有一个记录当前取到第几个的位置变量，还得有一个获取当前元素的方法，最后还得来一个询问还能继续往下取的方法。

根据描述，大概这样一个接口就定义好了。有人要问那个记录当前获取元素的位置变量怎么没有？因为接口中只能定义常量，所以不能定义在接口中，那么自然而然就得定义在实现类中。

好了，那就实现吧。

演示：

请定义一个接口Iterator，里面定义两个方法，一个是用于判断是否还有下一个元素，还有一个是获取下一个元素。

请NumberList类和TextList类实现Iterator接口，并在各自类中定义一个用于记录当前取到元素的位置。

请在Main类main()方法中使用Iterator方式遍历元素。

请观察程序运行结果。

代码：

Iterator接口：

NumberList类：

TextList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有问题。看似也很完美，简单的来分析一下程序，首先来看Iterator接口：

定义这两个方法，是因为它们是必须的。hasNext()方法是为了防止数组下标越界，next()方法是为了获取当前遍历的元素。

再来看看实现类，NumberList和TextList两个类，我们只看其中一个即可，因为它们只是类型不同，其他都一样：

除了实现接口中的两个抽象方法以外，我们还定义了一个用于记录当前遍历元素的位置变量，该变量很重要，它能让我们知道遍历到什么位置了，这样我们可以根据它来获取相对应的元素。

最后来看看Main类：

遍历方式改变了，使用while循环是因为类中判断条件很符合这种方式。我们通过next()方法获取当前元素。大家也看到了，这两处还能再抽取一个公共方法来：

运行程序，执行结果：

从运行结果来看，和之前的一样。

一切都看起来很美好，但是这里有一个小小的BUG，是什么呢？那就是NumberList和TextList迭代多次只有第一次迭代有效，后面迭代无效。来试试。

结果：

0-9数字只打印了一遍，按理说，应该打印两遍。

问题出在哪里呢？

问题就出在next变量在第一遍迭代完之后，没有被重置为0，它的值一直为9，导致第二遍开始遍历的时候，hasNext()方法一直返回false：

那有同学就说，我们在第二次遍历之前重置一下next不就好了吗，等等，这种操作什么时候做？在遍历前吗？你会永远都记得做这个操作吗？有可能一不留神就没有做这个操作，导致后面无法估量的损失，试想一下，你正在操作的是银行里的金额，稍不注意就会造成损失。所以这种在遍历前重置的操作不可取。

那怎么办？没有解决办法了吗？

不，还是有的，刚刚我们想到重置next变量，如果我们每一次遍历都是去获取一个迭代器对象，将next遍历封装到迭代器里面，那么每一次获取迭代器对象next都是初始值。

问题还没解决完，这个迭代器对象肯定是一个类，而且需要需要去实现Iterator接口。

那么这个类该定义在哪？外部类吗？不行，因为Iterator接口中的两个方法都用到了集合类中的数组，意味着迭代器类要能直接操作数组成员。而能直接操作类中成员的类只有内部类可以，所以迭代器是一个内部类。

演示：

请使用内部类迭代器Itr改写NumberList和TextList类。

请在Main类main()方法中使用新方式遍历元素。

请观察程序运行结果。

代码：

Iterator接口：

NumberList类：

TextList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有任何问题。结果也符合预期。之前说的两次迭代集合的问题已经得到解决。我们来分析一个该程序。

首先，我们得来看看新改写的NumberList类，TextList和NumberList是一摸一样的，就不再重复看，看其中一个即可：

内部类Itr里面有一个next变量，用于记录当前遍历元素的位置，每一次创建新的迭代器对象时，next变量都是新的，又从初始值开始。那我们就去看看创建迭代器对象的地方：

有三处，都是通过外部类对象来创建内部类对象的方式。第一次迭代结果：

第二次迭代结果：

第三次迭代结果：

三次迭代结果都是正确的。

大家有没有觉得我们创建迭代器的方式有点不妥，如果我们在外部类里面直接定义一个获取内部类对象的方法，岂不是更好？我们来优化NumberList类和TextList类：

NumberList类：

TextList类：

Main类：

结果：

从运行结果来看，程序没有任何问题。而且我们将内部类设为私有成员，提供了获取迭代器对象的方法。

到这里，迭代器设计模式案例讲解完毕！后面还会有设计模式专题，里面也会讲解到迭代器设计模式，敬请关注！

总结内部类是一种逻辑分组仅在一个地方使用的类的方法：如果一个类只对另一个类有用，那么将它嵌入该类并将两者保持在一起是合乎逻辑的。 嵌套这样的“帮助类”使得它们的包更加简化。内部类增强了封装：考虑两个顶级类A和B，其中B需要访问A的成员，否则这些成员将被声明为私有。 通过将类B隐藏在类A中，可以将A的成员声明为私有，并且B可以访问它们。 另外，B本身可以隐藏在外面。内部类可以带来更易读和可维护的代码：在顶级类中嵌套小类会使代码更接近于使用它的位置。

至此，Java中内部类应用场景相关内容讲解先告一段落，更多内容请持续关注。

答疑

如果大家有问题或想了解更多前沿技术，请在下方留言或评论，我会为大家解答。

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