Question

深入理解Java中为什么内部类可以访问外部类的成员

Answer 1

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.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。

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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/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。

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。

Answer 2

\\外部类对象可以直接访问内部类对象的成员变量和方法
你使用的这个方法的旨意是用非静态的外部类实例化一个内部类对象，外部类能够访问成员内部类的成员变量和方法的唯一途径就是通过实例化一个外部类的对象，然后这个对象通过 对象.makeInner（）来new一个Inner in，此过程调用了Inner（）这个内部类的构造函数。
其实你只是把顺序搞错了，编译时不回去运行你的函数方法，也就是代码中：
public void makeInner(){
Inner in = new Inner();
in.seeOuter();
}
这个越权的函数并未去执行访问其所在类的内部类的成员函数：Inner（）;
且Outer并不是static，所以其只能实例化一个对象，然后对象.makeInner（）;这时处于运行时，此类的对象可以调用此类的内部类的成员方法和成员变量，自然可以调用Inner（）;
说的简单点：你使用makeInner（）时一定是实例化一个Outer的对象了，不然你无法调用makeInner，对吧，运行makeInner时他一定是在Outer这个类的对象下运行的，Outer的对象是可以访问其内部类Inner的变量和方法的。所以说：makeInner（）运行时你绝对已经创建了一个Outer的对象了。是这个对象的makeInner（）在运行，而这个Outer的这个对象是可以访问Outer的内部类Inner的变量和方法的。编译并非运行，编译时Outer没有实例化对象，但makeInner（）也没被调用运行，所以他编译时没有去访问内部类Inner的东东，等你运行时自然你已经实例化一个对象了，自然也就可以访问了~~~