‘壹’ 深入理解Java中为什么内部类可以访问外部类的成员
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。
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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$Inner.class 。 在命令行中, 切换到工程的bin目录, 输入以下命令反编译这个类文件:
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javap -classpath . -v Outer$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:
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javap -classpath . -v com..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。
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{
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:
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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$0 , 类型为Outer的成员变量, 并且这个变量是final的。
其实这个就是所谓的“在内部类对象中存在的指向外部类对象的引用”。但是我们在定义这个内部类的时候, 并没有声明它,
所以这个成员变量是编译器加上的。
虽然编译器在创建内部类时为它加上了一个指向外部类的引用, 但是这个引用是怎样赋值的呢?毕竟必须先给他赋值,它才能指向外部类对象。下面我们把注意力转移到构造函数上。 下面这段输出是关于构造函数的信息。
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Outer$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$0 。
这一句putfield字节码就揭示了, 指向外部类对象的这个引用变量是如何赋值的。
下面几句字节码和本文讨论的话题无关, 只做简单的介绍。 下面几句字节码的含义是: 使用this引用调用父类(Object)的构造方法然后返回。
用我们比较熟悉的形式翻译过来, 这个内部类和它的构造函数有点像这样: (注意, 这里不符合Java的语法, 只是为了说明问题)
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class Outer$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//wOC1xLPJ1LGx5MG/b3V0ZXJGaWVsZKOsIM/Cw++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。
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。
‘贰’ Java,详细说明类是如何定义的,解释类的特性及它的要素
public class Test{//一个类首先要有定义类名,这里Test就是我定义的类名
//然后还有属性
private String name;//私有属性,只能被该类中成员访问
int age;//缺省属性,默认的,可被同一个包中类访问
protected char sex;//保护属性,可以被同包的类和子类访问
public String address;//公开属性,可以被所有类访问
//接着定义方法
public void setName(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
//无参数构造函数,若没有定义任何构造函数,则系统自动定义该方法
public Test(){
super();//这行代码可以不写,系统会自动调用。
}
//有参数构造函数,若定义此方法,则系统不会主动定义无参数构造方法
public Test(int age,char sex,String address){
this.age =age;
this.sex = sex;
this.address = address;
}
//main方法,控制台输出的入口,在javaSe中要运行java代码,必须放入main方法中
public static void main(String [] args){
Test test = new Test(11,N,"无家可归");
test.setName("无名");
System.out.println("sex="+test.getName());
System.out.println("age="+test.age);
}
}
//一个java文件中必须有且只有一个public 类
//绝大多数的类都是Object类的子类,若定义一个类没有继承任何类,默认继承Objec类
//类包括属性,方法,构造函数,mian函数
//特性:继承,多态,封装。
‘叁’ 什么是访问控制符有哪些访问控制符哪些可以用来修饰类哪些用来修饰域和方法试述不同访问控制符的作用
一,非访问修饰符。
1, 抽象类:
凡是用abstract修饰符修饰的类被称为抽象类。抽象类就是没有具体对象的概念类。
抽象类是一种经过优化的概念组织方式:把共同特点抽象出来;其后在描述和处理某一种具体对象时,就只需描述不同的特殊之处。这种组织方式使得所有的概念层次分明,简洁洗练,非常符合人们日常的思维习惯。
由于抽象类是它的所有子类的公共属性的集合,所以使用抽象类的一个优点就是可以充分利用这些公共属性来提高开发和维护程序的效率。
值得一提的是,面向对象技术是要用更接近于人类思维方式的方法来处理实际问题,抽象类的设立就是这种思想的具体体现之一,它是模仿人类的思维模式的产物。
2,最终类:
如果一个类被final修饰符所修饰和限定,说明这个类不可能有子类。
被定义为final的类通常是一些有固定作用、用来完成某种标准功能的类。如Java系统定义好的用来实现网络功能的InterAddress、Socket等类都是final类。
abstract和final修饰符不能同时修饰一个类,因为abstract类自身没有具体对象,需要派生出子类后在创建子类的对象;而final类不可能有子类。这样放在一起修饰就没有意义了。
3,有些类的修饰符也可以用来修饰类中的域或方法:
(1) 域:是类和对象的静态属性,定义域的操作就是说明变量或创建对象的操作。
<1> 静态域:
用static修饰符修饰的域是仅属于类的静态域。静态域是类中每个对象共享的域。他们是类的域,不属于任何一个类的具体对象。是一个公共的存储单元,任何一个类的对象访问它时,取到的都是相同的数值。
<2> 静态初始化器:
静态初始化器是由关键字static引导的一对大括号括起的语句组。作用是:在加载时,初始化类的静态域。
与构造函数相同,他们都是用来完成初始化的工作,但是静态初始化器与构造函数有三点不同:
①构造函数是对每个新创建的对象初始化,而静态初始化器是对类自身进行初始化。
②构造函数是在用new运算符产生新对象时由系统自动执行,而静态初始化器则是在它所属的类加载到内存时由系统调用执行。
③不同于构造函数,静态初始化器不是方法,没有方法名、返回值和参数列表。
<3> 最终域:
用final修饰的域,实际上就是Java中的常量。
用final修饰符说明常量时,需要注意以下几点:
①需要说明常量的数据类型。
②需要同时指出常量的具体取值。
③因为所有类对象的常量成员,其数值都固定一致,为了节省空间,常量通常声明为static。
<4> 易失域:
如果一个域被volatile修饰符所修饰,说明这个域可能同时被几个线程所控制和修改,即这个域不仅仅被当前程序所掌握,在运行过程中可能在其他未知的程序操作影响和改变该域的取值。在使用当中应该特别注意。
通常,volatile用来修饰接受外部输入的域。如表示当前时间的变量将系统的后台线程随时修改,以保证程序中取到的总是最新的当前系统时间,所以可以把它定义为易失域。
(2)方法:是类的动态属性,标志了类所具有的功能和操作。小括号是方法的标志。
<1> 抽象方法:
修饰符abstract修饰的抽象方法是一种仅有方法头,而没有具体的方法体和操作实现的方法。使用抽象方法的目的是使所有的子类,对外都呈现一个相同名字的方法,是一个统一的接口。所有的抽象方法,都必须存在于抽象类之中。
<2> 静态方法:
用static修饰符修饰的方法,是属于整个类的类方法,不用的是对象或实例的方法。调用这种方法时,应该使用类名作前缀;这种方法在内存中的代码段将随着类的定义而分配和装载,不被任何一个对象专有;只能处理属于整个类的成员变量。
<3> 最终方法:
用final修饰符修饰的类方法。功能和内部语句不能再更改的方法,不能再被继承。
注意:所有已被private修饰符限定为私有的方法,以及所有包含在final类中的方法,都被缺省地认为是final的。
<4> 本地方法:
用native修饰符声明其他语言书写方法体并具体实现方法功能的特殊的方法。这里的其他语言包括C/C++/FROTRAN/汇编等。由于native的方法的方法体使用其他语言在程序外部写成,所以所有的native方法都没有方法体,而用一个分号代替。
<5> 同步方法:
如果synchronized修饰的方法是一个类的方法(即static的方法),那么在被调用执行前,将把系统类Class中对应当前类的对象加锁。如果synchronized修饰的是一个对象的方法(未用static修饰的方法),则这个方法在被调用执行前,将把当前对象加锁。Synchronized修饰符主要用于多线程共存的程序中的协调和同步。
二,访问控制符。
访问控制符是一组限定类、域或方法是否可以被程序里的其他部分访问和调用的修饰符。类的访问控制符只有一个public,域和方法的访问控制符有四个,分别是public、private、protected、private protected,另外还有一种没有定义专门的访问控制符的缺省情况。
1, 公有访问控制符public:
Java的类是通过包的概念来组织的,包氏类的一个松散的集合。处于同一个包中的类可以不需要任何说明而方便的互相访问和引用,而对于不同包中的类,则不行。但当一个类被声明为public时,他就具有了被其他包中的类访问的可能性,只要这些其他包中的类在程序中使用import语句引入public类,就可以访问和引用这个类。
类中被设定为public的方法是这个类对外的接口部分,避免了程序的其他部分直接去操作类内的数据,这实际就是数据封装思想的体现。
每个Java程序的主类都必须是public类,也是基于相同的原因。
用public修饰的类的域称为公共域。如果公共域属于公共类,则它能被所有的其他类所引用。public修饰符会造成安全性的数据封装性下降,所以一般应减少public域的使用。
2, 缺省访问控制符:
缺省访问控制权规定,该类只能被同一个包中的类访问和引用,而不可以被其他包中的类使用,这种访问特性又称为包访问性。
同样道理,类内的域或方法如果美育访问控制符来限定,也就具有包访问性。
简单说,定义在同一个程序中的所有类属于一个包。
3,私有访问控制符private :
用private修饰得域或方法只能被该类自身所访问和修改,而且不能被任何其他类(包括该类的子类)来获取和引用。private修饰符用来声明那些类的私有成员,它提供了最高的保护级别。
4,保护访问控制符protected :
用protected修饰的成员变量可以被三种类所引用:该类自身、与它在同一个包中的其它类、在其他包中的该类的子类。使用protected修饰符的主要作用是允许其他包中该类的子类来访问父类的特定属性。
5,私有保护访问控制符 private protected :
用private protected修饰的成员变量可以被两种类访问和引用,一种是该类本身,一种是该类的所有子类。把同一个包内的非子类排除在可访问的范围之外,使得成员变量更专于具有明确继承关系的类,而不是松散地组合在一起的包。
‘肆’ c#中请说明类的三大特性,并举例说明类的继承和多态。
以控件来说
封装:你用那些控件,只需要调用具体的属性和方法,对怎么呈现的根本不需要了解,这就是封装
继承:有个Control基类,封装了常用的方法和属性,所有控件都是继承自它,而且都会有这些属性和方法,这就是继承
多态:Control类是继承自object,object有个ToString()方法,但是你每个控件调用一次就会知道,输出字符串是不一样的,因为它们内部重写(override)了ToString()方法.每个控件还有很多同名,但不同参数或者不同返回值的方法(重载),这就是多态
‘伍’ 有关java中package之间类的调用问题
java有public、private、protected和缺省访问修饰符
你这里没有修饰,就是默认的缺省访问
缺省访问控制权规定,该类只能被同一个包中的类访问和引用,而不可以被其他包中的类使用,这种访问特性又称为包访问性
建议你去看看各种修饰符的访问权限 能更好的理解
‘陆’ 类的缺省访问特性
private
public
‘柒’ java中类成员的访问修饰符有哪些
一:访问修饰符:
1.省略访问修饰符
具有默认的访问特性,即具有包访问特性,只能被同一个包中的类使用。
2.public访问修饰符
用于说明类和类的成员的访问权限。这种类叫公有类。在一个文件中只能有一个public类型的类。
例如:Rect和UseImport两个类,分别在两个不同的包中。顺便回顾一下不同类要用import导入。(哎,一直就没记住)
//Rect.java
pacakage
my;
public
class
Rect
{
private
int
a,b;
public
void
init(int
len,int
width)
{
a=len;
b=width;
}
public
int
area()
{
return
a*b;
}
}
//UseImport.java
import.my.*;//导入my
包的所有类
public
class
UseImport
{
public
static
void
main(string[]
args)
{
Rect
x=new
Rect();
x.init(2,3);
System.out.println("矩形面积为:"+x.area());
}
}
3.private
用private修饰的类成员成为私有成员,只能在声明该成员的类中使用,不能在类外使用。一般通过本类中公有方法进行访问。
4.protected
protected修饰的类成员为保护成员,可以被三种类使用,分别是该类本身,该类的所有子类,该类同包的其他类,该类的子类。
5.private
protected
私有保护成员。可被两种类使用。分别是:该类本身和该类的所有子类。
二:特征修饰符
1.abstract:抽象
修饰类为抽象类,修饰方法为抽象方法。只要类中有抽象方法,就必须定义为抽象类。抽象方法只能声明,不能实现。但是可以在其子类中对抽象方法进行实现。抽象类中也可以包含非抽象方法。
2.final:最终
修饰的类为终止类,不能有子类。修饰变量为终止变量,只可赋值一次。修饰方法为终止方法,不能在子类中更改。如Socket、ServerSocket等都是final类,防止黑客派生子类进行破坏。同时,final与abstract是相互矛盾的。
3.static:静态
静态成员无需通过对象调用,可以直接通过类名直接调用。
public
class
RectArea//输出6
和
12
{
public
static
void
main(String[]
args)
{
System.out.println(area(2,3));
System.out.println(area(3,4));
}
static
void
area(int
a,int
b)
{
return
a*b;
}
}
4.native
用native修饰的为本地方法。它修饰的方法在程序外部使用其他编程语言编写。(这个步骤比较多,所以就木有继续研究了)
5.synchronized
修饰的方法为同步方法。
‘捌’ 类的特性
封装性
将数据和操作封装为一个有机的整体,由于类中私有成员都是隐藏的,只向外部提供有限的接口,所以能够保证内部的高内聚性和与外部的低耦合性。用者不必了解具体的实现细节,而只是要通过外部接口,以特定的访问权限来使用类的成员,能够增强安全性和简化编程。 继承性
继承性更符合认知规律,使程序更易于理解,同时节省不必要的重复代码。 多态性
同一操作作用于不同对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果。在运行时,可以通过指向基类的指针,来调用实现派生类中的方法。 在C++、C#语言中,class和struct都可以定义一个类,它们的区别如下: C#中,class是引用类型,继承自System.Object类;struct是值类型,继承自System.ValueType类,不具多态性。但是注意,System.ValueType是个引用类型。 从职能观点来看,class表现为行为;而struct常用于存储数据。 class支持继承,可以继承自类和接口;而struct没有继承性,struct不能从class继承,也不能作为class的基类,但struct支持接口继承。 class可以声明无参构造函数,可以声明析构函数;而struct只能声明带参数构造函数,且不能声明析构函数。因此,struct没有自定义的默认无参构造函数,默认无参构造器只是简单地把所有值初始化为它们的0等价值。 Java/C#中,实例化时,class要使用new关键字;而struct可以不使用new关键字,如果不以new来实例化struct,则其所有的字段将处于未分配状态,直到所有字段完成初始化,否则引用未赋值的字段会导致编译错误。 class可以实现抽象类(abstract),可以声明抽象函数;而struct为抽象,也不能声明抽象函数。 class可以声明protected成员、virtual成员、sealed成员和override成员;而struct不可以,但是值得注意的是,struct可以重载System.Object的3个虚方法,Equals()、ToString()和 GetHashTable()。 class的对象复制分为浅拷贝和深拷贝,必须经过特别的方法来完成复制;而struct创建的对象复制简单,可以直接以等号连接即可。 class实例由垃圾回收机制来保证内存的回收处理;而struct变量使用完后立即自动解除内存分配。 作为参数传递时,class变量是以按址方式传递;而struct变量是以按值方式传递的。 我们可以简单的理解,class是一个可以动的机器,有行为,有多态,有继承;而struct就是个零件箱,组合了不同结构的零件。其实,class和struct最本质的区别就在于class是引用类型,内存分配于托管堆;而struct是值类型,内存分配于线程的堆栈上。由此差异,导致了上述所有的不同点。所以只有深刻的理解内存分配的相关内容,才能更好的驾驭。
当然,使用class基本可以替代struct的任何场合,class后来居上。虽然在某些方面struct有性能方面的优势,但是在面向对象编程里,基本是class横行的天下。
那么,有人不免会提出,既然class几乎可以完全替代struct来实现所有的功能,那么struct还有存在的必要吗?答案是,至少在以下情况下,鉴于性能上的考虑,我们应该考虑使用struct来代替class: 实现一个主要用于存储数据的结构时,可以考虑struct。 struct变量占有堆栈的空间,因此只适用于数据量相对小的场合。 struct数组具有更高的效率。
‘玖’ 如何访问类的私有特性(属性)
2种办法
1:封装私有属性
2:构造函数中使用(当前类中)。
私有属性外部是不允许访问的,最好的办法是使用封装,将其转变为公共属性后抛出,在属性构建方法中操作私有属性