Статические вложенные классы

Привет! Мы продолжаем изучать тему вложенных классов (nested classes) в Java. На прошлом занятии мы поговорили о нестатических внутренних классах (non-static nested classes) или, как их еще называют, внутренних классах. Если нужен короткий ответ: статический вложенный класс это класс, объявленный внутри другого со словом static. Главное его свойство в том, что он не хранит ссылку на объект внешнего класса, поэтому объект такого класса создается сам по себе: new Boeing737.Drawing(). Взамен у него нет прямого доступа к нестатическим полям внешнего класса, а к статическим, включая private, он обращается свободно.

Кратко

• Статический вложенный класс объявляется словом static внутри другого класса и не хранит ссылку на объект внешнего.
• Создать его объект можно без объекта внешнего класса, но имя внешнего указать придется: new Boeing737.Drawing().
• К статическим полям и методам внешнего класса доступ есть всегда, даже если они private.
• Неявной ссылки на объект внешнего класса у него нет, поэтому обратиться к нестатическому полю просто по имени не выйдет.
• Слово static здесь не про количество объектов: их можно создать сколько угодно. Ограничение на единственный экземпляр относится к статическим переменным, а не к классам.
• Выбор простой: если сущность имеет смысл сама по себе (чертеж без самолета), берите статический вложенный класс; если не имеет (сиденье без велосипеда), внутренний.

Сегодня перейдем к другой группе и рассмотрим подробнее статические вложенные классы (static nested classes). Чем они отличаются от остальных групп?

Как объявить статический вложенный класс

При объявлении такого класса мы используем уже знакомое тебе ключевое слово static:

public class Boeing737 {

   private int manufactureYear;
   private static int maxPassengersCount = 300;

   public Boeing737(int manufactureYear) {
       this.manufactureYear = manufactureYear;
   }

   public int getManufactureYear() {
       return manufactureYear;
   }

   public static class Drawing {

       public static int getMaxPassengersCount() {

           return maxPassengersCount;
       }
   }
}

В этом примере у нас есть внешний класс Boeing737, который создает самолет этой модели. А у него конструктор с одним параметром: годом выпуска (int manufactureYear). Также есть одна статическая переменная int maxPassengersCount, это максимальное число пассажиров. Оно будет одинаковым у всех самолетов одной модели, так что нам достаточно одного экземпляра. Кроме того, у него есть статический вложенный класс Drawing, то есть чертеж самолета. В этом классе мы можем инкапсулировать всю служебную информацию о самолете. В нашем примере для простоты мы ограничили ее годом выпуска, но она может содержать много другой информации. Как мы и говорили в прошлой лекции, создание такого вложенного класса повышает инкапсуляцию и способствует более реалистичной абстракции.

Чем статический вложенный класс отличается от внутреннего

В чем же отличие между статическим и нестатическим вложенными классами?

Отличие 1: нет ссылки на объект внешнего класса

Объект статического класса Drawing не хранит ссылку на конкретный экземпляр внешнего класса. Вспомни пример из прошлой лекции с велосипедом:

public class Bicycle {

   private String model;
   private int mawWeight;

   public Bicycle(String model, int mawWeight) {
       this.model = model;
       this.mawWeight = mawWeight;
   }

   public void start() {
       System.out.println("Поехали!");
   }

   public class SteeringWheel {

       public void right() {
           System.out.println("Руль вправо!");
       }

       public void left() {

           System.out.println("Руль влево!");
       }
   }

}

Там мы говорили о том, что в каждый экземпляр внутреннего класса SteeringWheel (руль) незаметно для нас передается ссылка на объект внешнего класса Bicycle (велосипед). Без объекта внешнего класса объект внутреннего просто не мог существовать. Для статических вложенных классов это не так. Объект статического вложенного класса вполне может существовать сам по себе. В этом плане статические классы более «независимы», чем нестатические. Единственный момент: при создании такого объекта нужно указывать название внешнего класса.

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       Boeing737.Drawing drawing1 = new Boeing737.Drawing();
       Boeing737.Drawing drawing2 = new Boeing737.Drawing();
   }
}

Почему мы сделали класс Drawing статическим, а в прошлой лекции класс Seat (сиденье велосипеда) был нестатическим? Как и в прошлый раз, давай добавим немного «философии» для понимания примера :) В отличие от сиденья велосипеда, сущность чертежа не привязана так жестко к сущности самолета. Отдельный объект сиденья, без велосипеда, чаще всего будет бессмысленным (хотя и не всегда, мы говорили об этом на прошлом занятии). Сущность чертежа имеет смысл сама по себе. Например, он может пригодиться инженерам, планирующим ремонт самолета. Сам самолет для планирования им не нужен, и может находиться где угодно, достаточно просто чертежа. Кроме того, для всех самолетов одной модели чертеж все равно будет одинаковым, так что такой жесткой связи, как у сиденья с велосипедом, нет. Поэтому и ссылка на конкретный объект самолета объекту Drawing не нужна.

Отличие 2: разный доступ к членам внешнего класса

Статический вложенный класс не хранит ссылку на объект внешнего, поэтому обратиться к его нестатическому полю просто по имени не может. Со статическими полями и методами такой проблемы нет, а к нестатическим он доберется только через явно переданный объект внешнего класса. В нашем примере в классе Drawing есть метод getMaxPassengersCount(), который возвращает значение статической переменной maxPassengersCount из внешнего класса. Однако мы не можем создать метод getManufactureYear() в Drawing для возврата значения manufactureYear. Ведь переменная manufactureYear нестатическая, а значит, должна принадлежать конкретному экземпляру Boeing737. А как мы уже выяснили, в случае со статическими вложенными классами объект внешнего класса запросто может отсутствовать. Отсюда и ограничение :) При этом неважно, какой модификатор доступа имеет статическая переменная во внешнем классе. Даже если это private, доступ из статического вложенного класса все равно будет. Все вышесказанное касается не только доступа к статическим переменным, но и к статическим методам. Отдельно стоит знать про версии: до Java 16 внутренний класс вообще не мог объявлять статические члены, а начиная с Java 16 это ограничение снято. На разницу между двумя видами вложенных классов это не влияет, но в старом коде и старых статьях прежнее правило еще встречается. Если свести оба отличия в таблицу, получится так.

Важно: static не значит, что объект будет один

Слово static в объявлении вложенного класса не означает, что можно создать всего один объект. Не путай объекты с переменными. Если мы говорим о статических переменных, то да: статическая переменная класса, например maxPassengersCount, существует в единственном экземпляре. Но применительно ко вложенному классу static означает лишь то, что его объекты не содержат ссылок на объекты внешнего класса. А самих объектов мы можем создать сколько угодно:

public class Boeing737 {

   private int manufactureYear;
   private static int maxPassengersCount = 300;

   public Boeing737(int manufactureYear) {
       this.manufactureYear = manufactureYear;
   }

   public int getManufactureYear() {
       return manufactureYear;
   }

   public static class Drawing {

       private int id;

       public Drawing(int id) {
           this.id = id;
       }

       public static int getMaxPassengersCount() {

           return maxPassengersCount;
       }

       @Override
       public String toString() {
           return "Drawing{" +
                   "id=" + id +
                   '}';
       }

       public static void main(String[] args) {

           for (int i = 1; i < 6; i++) {

               Boeing737.Drawing drawing = new Boeing737.Drawing(i);
               System.out.println(drawing);
           }
       }
   }
}

Мы объявили метод main() прямо во вложенном классе (особой причины для этого нет, просто чтобы ты знал, что так можно), и создали 5 объектов Drawing. При том, что ни одного объекта внешнего класса у нас нет. Как видишь, никаких проблем не возникло :) Вывод в консоль:

Drawing{id=1}
Drawing{id=2}
Drawing{id=3}
Drawing{id=4}
Drawing{id=5}

На этом наше занятие подошло к концу! Дальше в цикле разбирается наследование во вложенных классах: там у каждого вида свои правила. На всякий случай оставлю тебе ссылку на раздел про них в документации Oracle. Почитай, если вдруг остались неясные моменты. А теперь самое время решить пару задач! :)

Вопросы и ответы

Чем статический вложенный класс отличается от внутреннего?

Двумя вещами. Первая: объект статического вложенного класса не хранит ссылку на объект внешнего класса, поэтому существует сам по себе. Вторая следует из первой: без такой ссылки он не может просто по имени обратиться к нестатическому полю внешнего класса. Со статическими полями и методами проблем нет ни у того, ни у другого.

Как создать объект статического вложенного класса?

Обычным new, но с указанием внешнего класса перед именем вложенного: new Boeing737.Drawing(). Объект самого Boeing737 при этом не нужен, в отличие от внутреннего класса, для которого пришлось бы писать bicycle.new SteeringWheel().

Может ли статический вложенный класс обращаться к private-полям внешнего класса?

К статическим, да. Модификатор доступа тут роли не играет: внутри одного внешнего класса private не мешает, и вложенный класс спокойно читает даже приватную статическую переменную. Именно так устроен пример с maxPassengersCount.

Значит ли слово static, что объект будет только один?

Нет, это распространенная путаница. В единственном экземпляре существует статическая переменная, а не класс. Применительно ко вложенному классу static означает лишь отсутствие ссылки на объект внешнего класса, а самих объектов можно наделать сколько угодно.

Когда выбирать статический вложенный класс, а когда внутренний?

Смотрите на смысл сущности. Если она осмысленна сама по себе и одинакова для всех объектов внешнего класса, как чертеж для всех самолетов одной модели, берите статический вложенный. Если без конкретного внешнего объекта она бессмысленна, как сиденье без велосипеда, нужен внутренний класс со ссылкой на этот объект.

Можно ли объявить метод main внутри вложенного класса?

Да, и он будет работать как обычная точка входа. Особого смысла в этом нет, но статический вложенный класс вполне может содержать public static void main(String[] args), и запустить программу получится прямо оттуда. В статье этим приемом показано, что объекты вложенного класса создаются без единого объекта внешнего.

Читайте также

• Наследование во вложенных классах
• Анонимные классы в Java
• Внутренние классы в локальном методе
• Модификатор static в Java