Java: Lớp lồng nhau (Nested Classes)

Java cho phép định nghĩa một lớp bên trong một lớp khác. Một lớp như vậy được gọi là lớp lồng nhau như trong hình sau:

Hình 1: Lớp lồng nhau

class Outer{
  ...
  
  class Nested{
    ...
  }
}

Lớp Outer là lớp bao bọc bên ngoài và lớp Nested là lớp được định nghĩa trong lớp Outer.

Các lớp lồng nhau được phân loại là tĩnh và không tĩnh. Các lớp lồng nhau được khai báo tĩnh đơn giản được gọi là các lớp lồng nhau tĩnh (static) trong khi các lớp lồng nhau không tĩnh được gọi là các lớp bên trong (inner). Điều này đã được thể hiện trong Đoạn mã 2.

Đoạn mã 2:

class Outer{
  ...
  
  static class StaticNested{
    ...
  }

  class Inner{
    ...
  }
}

Lưu ý rằng lớp StaticNested là một lớp lồng nhau đã được khai báo là tĩnh trong khi lớp lồng nhau không tĩnh, Inner, được khai báo mà không có từ khóa static.

Một lớp lồng nhau là một thành viên của lớp bao quanh nó. Lưu ý rằng các lớp lồng nhau không tĩnh hoặc các lớp bên trong có thể truy cập các thành viên của lớp bao quanh ngay cả khi chúng được khai báo là private. Mặt khác, các lớp lồng nhau tĩnh không thể truy cập bất kỳ thành viên nào khác của lớp bao quanh. Là một thành viên của lớp ngoài, một lớp lồng nhau có thể có bất kỳ định nghĩa truy cập nào như public, private, protected hoặc default (gói private).

• Tạo nhóm các lớp một cách hợp lý : Nếu một lớp chỉ được sử dụng cho một lớp, thì nó có thể được nhúng vào trong lớp đó và hai lớp có thể được giữ cùng nhau. Nói cách khác, nó giúp nhóm các chức năng liên quan lại với nhau. Việc lồng các 'lớp trợ giúp' như vậy giúp gói hiệu quả và hợp lý hơn.
• Tăng tính đóng gói : Trong trường hợp hai lớp cấp cao nhất như lớp A và B, khi B muốn truy cập vào các thành viên của A là private, thì lớp B có thể được lồng trong lớp A để B có thể truy cập các thành viên được khai báo là private. Ngoài ra, điều này sẽ ẩn lớp B với thế giới bên ngoài. Do đó, nó giúp truy cập tất cả các thành viên của lớp bao quanh cấp cao nhất ngay cả khi chúng được khai báo là riêng tư.
• Tăng khả năng đọc và khả năng bảo trì của mã : Việc lồng các lớp nhỏ vào các lớp cấp cao hơn giúp đặt mã gần hơn với nơi nó sẽ được sử dụng.

Các loại lớp lồng nhau khác nhau như sau:

• Các lớp thành viên hoặc các lớp lồng nhau không tĩnh
• Các lớp cục bộ (local)
• Các lớp Ẩn danh (anonymous)
• Các lớp lồng nhau tĩnh

Các lớp thành viên

Một lớp thành viên là một lớp bên trong không tĩnh. Nó được khai báo như một thành viên của lớp bên ngoài hoặc lớp bao quanh. Lớp thành viên không thể có sửa đổi tĩnh vì nó được liên kết với các thể hiện của lớp bên ngoài. Một lớp bên trong có thể truy cập trực tiếp vào tất cả các thành viên, các trường và phương thức của lớp bên ngoài bao gồm cả các thành viên riêng. Tuy nhiên, ngược lại thì đúng. Nghĩa là, lớp ngoài không thể truy cập trực tiếp vào các thành viên của lớp bên trong ngay cả khi chúng được khai báo là public. Điều này là do các thành viên của lớp bên trong được khai báo trong phạm vi của lớp bên trong.

Một lớp bên trong có thể được khai báo là public, private, protected, abstract hoặc final. Các thể hiện của một lớp bên trong tồn tại trong một thể hiện của lớp bên ngoài. Để khởi tạo một lớp bên trong, người ta phải tạo một thể hiện của lớp bên ngoài. Sau đó, người ta có thể truy cập đối tượng lớp bên trong bên trong đối tượng lớp bên ngoài bằng cách sử dụng câu lệnh được định nghĩa như trong Đoạn mã 3.

// Truy cập vào lớp bên trong sử dụng đối tượng lớp bên ngoài
Outer.Inner objInner = objOuter.new Inner();

Đoạn mã 4 mô tả một ví dụ về lớp bên trong không tĩnh.

Đoạn mã 4:

class Server {

  String port; // variable to store port number
  
  /**
   * Connects to specified server
   *
   * @param IP   a String variable storing IP address of server
   * @param port a String variable storing port number of server
   * @return void
   */

  public void connectServer(String IP, String port) {
    System.out.println("Connecting to Server at:" + IP + ":" + port);
  }

  /**
   * Define an inner class
   */

  class IPAddress {

    /**
     * Returns the IP address of a server
     *
     * @return String
     */

    String getIP() {
      return "101.232 .28 .12";
    }
  }
}

/**
 * Define the class TestConnection.java
 */

class TestConnection {
  
  /**
   * @param args the command line arguments
   */

  public static void main(String[] args) {

    /**
     * @param args the command line arguments

     */
    // Check the number of command line arguments
    if (args.length == 1) {

      // Instantiate the outer class
      Server objServer1 = new Server();

      // Instantiate the inner class using outer class object
      Server.IPAddress objIP = objServer1.new IPAddress();

      // Invoke the connectServer() method with the IP returned from
      // the getIP() method of the inner class
      objServer1.connectServer(objIP.getIP(), args[0]);
    } else {
      System.out.println("Usage:java Server <port - no >");
    }
  }
}

Lớp Server là một lớp bên ngoài bao gồm một biến port đại diện cho cổng mà máy chủ sẽ được kết nối. Ngoài ra, phương thức connectServer(String, String) chấp nhận địa chỉ IP và số cổng làm tham số. Lớp IPAddress bên trong bao gồm phương thức getIP() trả về địa chỉ IP của máy chủ.

Phương thức main() được định nghĩa trong lớp TestConnection. Trong phương thức main(), số lượng đối số được xác minh và theo đó đối tượng của lớp Server được tạo. Tiếp theo, đối tượng objServer1 được sử dụng để tạo đối tượng objIP của lớp bên trong IPAddress. Cuối cùng, đối tượng lớp ngoài được sử dụng để gọi phương thức connectServer(). Địa chỉ IP được truy xuất bằng câu lệnh objIP.getIP() . Hình 2 cho ta output của mã khi người dùng cung cấp '8080' làm số cổng tại dòng lệnh.

Hình 2: Output của Lớp Server.java bằng Lớp Bên trong

3. Lớp cục bộ (local)

Một lớp bên trong được định nghĩa trong một khối mã chẳng hạn như phần thân của một phương thức, hàm tạo hoặc bộ khởi tạo, được gọi là lớp bên trong cục bộ. Phạm vi của một lớp bên trong cục bộ chỉ nằm trong khối cụ thể đó. Không giống như lớp bên trong, lớp bên trong cục bộ không phải là thành viên của lớp bên ngoài và do đó, nó không thể có bất kỳ định nghĩa truy cập nào. Có nghĩa là, nó không thể sử dụng các bổ ngữ như public, protected, private hoặc static. Tuy nhiên, nó có thể truy cập tất cả các thành viên của lớp bên ngoài cũng như các biến final được khai báo trong phạm vi mà nó được định nghĩa.

Lớp nội bộ cục bộ có các tính năng sau:

• Nó được liên kết với một thể hiện của lớp bao quanh.
• Nó có thể truy cập bất kỳ thành viên nào, bao gồm cả các thành viên private, của lớp bao quanh.
• Nó có thể truy cập bất kỳ biến cục bộ, tham số phương thức hoặc tham số ngoại lệ nào nằm trong phạm vi của định nghĩa phương thức cục bộ, miễn là chúng được khai báo là final.

Đoạn mã 5 trình bày một ví dụ về lớp bên trong cục bộ.

Đoạn mã 5:

class Employee {

  /**
   * Evaluates employee status
   *
   * @param empID  a String variable storing employee ID
   * @param empAge an integer variable storing employee age
   * @return void
   */

  public void evaluateStatus(String empID, int empAge) {
    // local final variable
    final int age = 40;

    /**
     * Local inner class Rank
     *
     */

    class Rank {

      /**
       * Returns the rank of an employee
       *
       * @param empID a String variable that stores the employee ID

       * @return char
       */

      public char getRank(String empID) {
        System.out.println("Getting Rank of employee: " + empID);
        // assuming that rank ‘A’ was returned from server
        return 'A';
      }
    }
    // Check the specified age
    if (empAge >= age) {
      // Instantiate the Rank class
      Rank objRank = new Rank();
      // Retrieve the employee’s rank
      char rank = objRank.getRank(empID);
      // Verify the rank value
      if (rank == 'A') {
        System.out.println("Employee rank is:" + rank);
        System.out.println("Status:Eligible for upgrade");
      } else {
        System.out.println("Status:Not Eligible for upgrade");
      }
    } else {
      System.out.println("Status:Not Eligible for upgrade");
    }
  }
}

/**
 * Define the class TestEmployee.java
 */

public class TestEmployee {

  /**
   * @param args the command line arguments
   */

  public static void main(String[] args) {
    if (args.length == 2) {
      // Object of outer class
      Employee objEmp1 = new Employee();
      // Invoke the evaluateStatus() method objEmp1.evaluateStatus(args[0], Integer.parseInt(args[1]));
    } else {
      System.out.println("Usage:java Employee <Emp - Id > <Age >");
    }
  }
}

Lớp Employee là lớp ngoài cùng với một phương thức có tên là evalStatus(String, int). Phương thức bao gồm một biến cục bộ final có tên là age. Lớp Rank là một lớp bên trong cục bộ trong phương thức. Lớp Rank bao gồm một phương thức getRank() trả về thứ hạng của Id nhân viên được chỉ định.

Tiếp theo, nếu tuổi của nhân viên lớn hơn 40, đối tượng của lớp Rank được tạo và cấp bậc được truy xuất. Nếu cấp bậc bằng 'A' thì nhân viên đó đủ điều kiện để nâng hạng, nếu không thì nhân viên đó không đủ điều kiện.

Phương thức main() được định nghĩa trong lớp TestEaffee. Trong phương thức main(), một đối tượng objEmp1 của lớp Employee được tạo và phương thức evalStatus() được gọi với các đối số thích hợp.

Hình 4 cho ta output của đoạn code khi người dùng truyền 'E001' làm Id nhân viên và 50 cho độ tuổi.

Hình 4: Output của lớp Employee.java sử dụng lớp bên trong cục bộ

4. Lớp ẩn danh

Một lớp bên trong được khai báo không có tên trong một khối mã chẳng hạn như phần thân của một phương thức được gọi là lớp bên trong ẩn danh. Vì một lớp ẩn danh không có tên được liên kết, nó chỉ có thể được truy cập tại điểm mà nó được định nghĩa.

Đoạn mã 6 mô tả một ví dụ về lớp ẩn danh.

Đoạn mã 6:

class Authenticate {

  /**
   * Define an anonymous class
   */

  Account objAcc = new Account() {

    /**
     * Displays balance
     * @param accNo a String variable storing balance
     * @return void
     */
    @Override

    public void displayBalance(String accNo) {
      System.out.println("Retrieving balance. Please wait...");
      // Assume that the server returns 40000
      System.out.println("Balance of account number " + accNo.toUpperCase() + " is $40000");
    }
  }; // End of anonymous class
}

/**
 * Define the Account class
 */

class Account {

  /**
   * Displays balance
   *
   * @param accNo a String variable storing balance
   * @return void
   */

  public void displayBalance(String accNo) {
  }
}

/**
 * Define the TestAuthentication class
 */

public class TestAuthentication {

  /**
   * @param args the command line arguments
   */

  public static void main(String[] args) {
    // Instantiate the Authenticate class
    Authenticate objUser = new Authenticate();
    // Check the number of command line arguments
    if (args.length == 3) {
      if (args[0].equals("admin") && args[1].equals("abc@123")) {
        // Invoke the displayBalance() method
        objUser.objAcc.displayBalance(args[2]);
      } else {
        System.out.println("Unauthorized user");
      }
    } else {
      System.out.println("Usage: java Authenticate <user-name> <password> < account - no > ");
    }
  }
}

import java.util.Calendar;

class AtmMachine {
  /**
   * Define the static nested class
   */
  static class BankDetails {
    // Instantiate the Calendar class of java.util package
    static Calendar objNow = Calendar.getInstance();

    /**
     * Displays the bank and transaction details
     *
     * @return void
     */

    public static void printDetails() {
      System.out.println("State Bank of America");
      System.out.println("Branch: New York");
      System.out.println("Code: K3983LKSIE");
      // retrieving current date and time using Calendar object
      System.out.println("Date-Time:" + objNow.getTime());
    }
  }

  /**
   * Displays balance
   *
   * @param accNo a String variable that stores the account number
   * @return void
   */

  public void displayBalance(String accNo) {
    // Assume that the server returns 200000
    System.out.println("Balance of account number " + accNo.toUpperCase() + " is $200000");
  }
}

/**
 * Define the TestATM class
 */

public class TestATM {
  /**
   * @param args the command line arguments
   */

  public static void main(String[] args) {
    if (args.length == 1) { // verifying number of command line arguments
      // Instantiate the outer class
      AtmMachine objAtm = new AtmMachine();
      // Invoke the static nested class method using outer class object
      AtmMachine.BankDetails.printDetails();
      // Invoke the instance method of outer class
      objAtm.displayBalance(args[0]);
    } else {
      System.out.println("Usage: java AtmMachine <account-no>");
    }
  }
}

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Calendar;

class AtmMachine {

  /**
   * Define the static nested class
   */

  static class BankDetails {
    // Instantiate the Calendar class of java.util package static Calendar objNow = Calendar.getInstance();

    /**
     * Displays the bank and transaction details
     *
     * @return void
     */

    public static void printDetails() {
      System.out.println("State Bank of America");
      System.out.println("Branch: New York");
      System.out.println("Code: K3983LKSIE");
      // Format the output of date-time using SimpleDateFormat class
      SimpleDateFormat objFormat = new SimpleDateFormat("dd/MM/yyyy HH:mm:ss");
      // Retrieve the current date and time using Calendar object
      System.out.println("Date-Time:" + objFormat.format(objNow.getTime()));
    }
  }
  …
  …
}

 

 

Mẫu chữ	Sự miêu tả
d	Ngày trong tháng
M	Thang của năm
y	Năm
H	Giờ trong ngày (0-23)
m	Phút của một giờ
s	Giây của một phút

Bảng 1: Các mẫu tự ngày tháng

Hình 8 cho ta kết quả của đoạn mã đã sửa đổi.

Hình 8: Output của lớp AtmMachine.java được sửa đổi sử dụng SimpleDateFormat

Lưu ý rằng ngày và giờ hiện được hiển thị ở định dạng được chỉ định sẽ dễ hiểu hơn cho người dùng.