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 v11
• IntelliJ 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

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：

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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