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brandizzi
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Apenas classes declaradas dentro de outras (conhecidas com classes-membro) podem ser declaradas static. Classes top-level, anônimas ou locais (i.e., declaradas dentro de métodos) não podem. 

Faz sentido: em Java, o modificador static é usado para modificar a relação de alguma entidade (classe, método, atributo) com a classe que a possui. Geralmente o modificador quer dizer que a entidade pertence, ou tem acesso, à classe a que pertence mas não às instâncias desta classe. Se uma classe é top-level, ela não é possuída por nenhuma outra: como poderia ser static, então?

Classes-membro não-estáticas conhecem a instância da classe externa que está executando o método.

  • Toda instância de classes-membro não-estáticas está associada a uma instância da classe externa.
  • Instâncias de classes-membro estáticas não estão associadas a uma instância da classe externa alguma.

Uma outra maneira de dizer isso seria

Classes-membro estáticas não precisam de uma instância da classe externa.

A conclusão prática disto é que instâncias de classes não-estáticas podem acessar diretamente os atributos e métodos (tanto estáticos quanto não-estáticos) da instância a que está associada. Instâncias de classes estáticas não podem acessar atributos e métodos não-estáticos de instância alguma da classe externa - somente os atributos estáticos da classe externa lhe são diretamente acessíveis.

Ok, agora vou adicionar à NonStaticClass um método que retorne o valor de field da instância de OuterClass. Se fosse para pegar a instância de NonStaticClass, usaríamos this. Para pegar daa instância exterior, colocamos o nome da classe externa, ponto e this (OuterClass.this):

   public static void main(String[] args) {
            OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
            OuterClass obj2 = new OuterClass(2);

            // A linha abaixo não compila
            // NonStaticClass nonStaticClassInstance = new NonStaticClass();
 
    }

Por que não? Porque toda instância de NonStaticClass deve estar ligada a uma instância de OuterClass, mas dentro doo método estático main(String[]) é estático, não existeestá "ligado" a nenhuma instância de OuterClass. É a mesma razão pela qual não podemos usar this dentro de um método estático. Contudo, podemos criar uma nova instância de NonStaticClass em um método estático (ou mesmo em outra classe) a partir de uma instância de OuterClass:

public class Main {
    private OuterClass.StaticClass instance1;
    private OuterClass.NonStaticClass instance2;

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        mainOuterClass.instance1StaticClass obj1 = new OuterClass.StaticClass();

        // Classes não-estáticas públicas também podem ser usadas, mas
        // sempre atreladas a uma instância da classe externa.
        OuterClass outerClass = new OuterClass(3);
        mainOuterClass.instance2NonSTaticClass obj2 = outerClass.new NonStaticClass();
    }
}
       private int field;
    private static int staticField = 0;

    private static class StaticClass {
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo não compila
            // public int getOuterField() {
            //      return field;
            // }
    }

    private class NonStaticClass {
            // O método abaixo compila
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo compila
            public int getOuterField() {
                    return field;
            }
    }

Pode parecer meio complicado, mas há vantagens. Por exemplo, incentiva você a modularizar: um pedaço de seu algoritmo poderia ser extraído em uma classe, mas criar outro arquivo complicaria seu código. Se você pode criar esta classe dentro da outra, já simplifica. Também ajuda na coesão: a classe extraída ficará "colada" no código mais relevante, assim como a exceção acima. A nova classe terá acesso aos atributos e métodos privados da classe externa, reduzindo a necessidade de getters e setters. Ademais, se a classe interna for privada, o encapsulamento é ainda maior!

  • A nova classe terá acesso aos atributos e métodos privados da classe externa, reduzindo a necessidade de getters e setters.
  • Incentiva modularização: um pedaço de um algoritmo poderia ser extraído em uma classe, mas criar outro arquivo complicaria seu código. Se você pode criar esta classe dentro da outra, já simplifica.
  • Ajuda na coesão: a classe extraída ficará "colada" no código mais relevante, assim como a exceção acima.
  • Como classes internas geralmente não são relevantes para outras partes do programa, criá-las como classes privadas favorece o encapsulamento
public class ArrayEnclosingList<T> extends AbstractList<T> {

    private T array[]; 

    // ...

    private class ArrayEnclosingListIterator implements Iterator<T> {

        private int pointer = 0;

        public boolean hasNext() {
            return pointer < array.length;
        }

        public T next() {
            return array[pointer++];
        }

        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return new ArrayEnclosingListIterator();
    }
 
}
public class ArrayEnclosingListIterator<T> implements Iterator<T> {

    private int pointer = 0;
    // Um atributo a mais
    private ArrayEnclosingList<T> list;

    // É preciso passar a instância da lista na mão
    public ArrayEnclosingListIterator(ArrayEnclosingList<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public boolean hasNext() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return pointer < list.getArray().length; 
    }

    public T next() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return list.getArray()[pointer++];
    }

    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    }
}

Apenas classes declaradas dentro de outras (conhecidas com classes-membro) podem ser declaradas static. Classes top-level, anônimas ou locais (i.e., declaradas dentro de métodos) não podem. Faz sentido: o modificador static é usado para modificar a relação de alguma entidade (classe, método, atributo) com a classe que a possui. Se uma classe é top-level, ela não é possuída por nenhuma outra: como poderia ser static, então?

Classes-membro não-estáticas conhecem a instância da classe externa que está executando o método.

Uma outra maneira de dizer isso seria

Classes-membro estáticas não precisam de uma instância da classe externa.

Ok, agora vou adicionar à NonStaticClass um método que retorne o valor de field da instância de OuterClass. Se fosse para pegar a instância de NonStaticClass, usaríamos this. Para pegar da instância exterior, colocamos o nome da classe externa, ponto e this (OuterClass.this):

   public static void main(String[] args) {
            OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
            OuterClass obj2 = new OuterClass(2);

            // A linha abaixo não compila
            // NonStaticClass nonStaticClassInstance = new NonStaticClass();
 
    }

Por que não? Porque toda instância de NonStaticClass deve estar ligada a uma instância de OuterClass, mas dentro do método estático main(String[]) não existe nenhuma instância de OuterClass. É a mesma razão pela qual não podemos usar this dentro de um método estático. Contudo, podemos criar uma nova instância de NonStaticClass em um método estático (ou mesmo em outra classe) a partir de uma instância de OuterClass:

public class Main {
    private OuterClass.StaticClass instance1;
    private OuterClass.NonStaticClass instance2;

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        main.instance1 = new OuterClass.StaticClass();

        // Classes não-estáticas públicas também podem ser usadas, mas
        // sempre atreladas a uma instância da classe externa.
        OuterClass outerClass = new OuterClass(3);
        main.instance2 = outerClass.new NonStaticClass();
    }
}
       private int field;
    private static int staticField = 0;

    private static class StaticClass {
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo não compila
            // public int getOuterField() {
            //      return field;
            // }
    }

    private class NonStaticClass {
            // O método abaixo compila
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo compila
            public int getOuterField() {
                    return field;
            }
    }

Pode parecer meio complicado, mas há vantagens. Por exemplo, incentiva você a modularizar: um pedaço de seu algoritmo poderia ser extraído em uma classe, mas criar outro arquivo complicaria seu código. Se você pode criar esta classe dentro da outra, já simplifica. Também ajuda na coesão: a classe extraída ficará "colada" no código mais relevante, assim como a exceção acima. A nova classe terá acesso aos atributos e métodos privados da classe externa, reduzindo a necessidade de getters e setters. Ademais, se a classe interna for privada, o encapsulamento é ainda maior!

public class ArrayEnclosingList<T> extends AbstractList<T> {

    private T array[]; 

    // ...

    private class ArrayEnclosingListIterator implements Iterator<T> {

        private int pointer = 0;

        public boolean hasNext() {
            return pointer < array.length;
        }

        public T next() {
            return array[pointer++];
        }

        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return new ArrayEnclosingListIterator();
    }
 
}
public class ArrayEnclosingListIterator<T> implements Iterator<T> {

    private int pointer = 0;
    // Um atributo a mais
    private ArrayEnclosingList<T> list;

    // É preciso passar a instância da lista na mão
    public ArrayEnclosingListIterator(ArrayEnclosingList<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public boolean hasNext() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return pointer < list.getArray().length; 
    }

    public T next() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return list.getArray()[pointer++];
    }

    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    }
}

Apenas classes declaradas dentro de outras (conhecidas com classes-membro) podem ser declaradas static. Classes top-level, anônimas ou locais (i.e., declaradas dentro de métodos) não podem. 

Faz sentido: em Java, o modificador static é usado para modificar a relação de alguma entidade (classe, método, atributo) com a classe que a possui. Geralmente o modificador quer dizer que a entidade pertence, ou tem acesso, à classe a que pertence mas não às instâncias desta classe. Se uma classe é top-level, ela não é possuída por nenhuma outra: como poderia ser static, então?

  • Toda instância de classes-membro não-estáticas está associada a uma instância da classe externa.
  • Instâncias de classes-membro estáticas não estão associadas a uma instância da classe externa alguma.

A conclusão prática disto é que instâncias de classes não-estáticas podem acessar diretamente os atributos e métodos (tanto estáticos quanto não-estáticos) da instância a que está associada. Instâncias de classes estáticas não podem acessar atributos e métodos não-estáticos de instância alguma da classe externa - somente os atributos estáticos da classe externa lhe são diretamente acessíveis.

Ok, agora vou adicionar à NonStaticClass um método que retorne o valor de field da instância de OuterClass. Se fosse para pegar a instância de NonStaticClass, usaríamos this. Para pegar a instância exterior, colocamos OuterClass.this:

   public static void main(String[] args) {
        OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
        OuterClass obj2 = new OuterClass(2);

        // A linha abaixo não compila
        // NonStaticClass nonStaticClassInstance = new NonStaticClass();
    }

Por que não? Porque toda instância de NonStaticClass deve estar ligada a uma instância de OuterClass, mas o método main(String[]) é estático, não está "ligado" a nenhuma instância de OuterClass. É a mesma razão pela qual não podemos usar this dentro de um método estático. Contudo, podemos criar uma nova instância de NonStaticClass em um método estático (ou mesmo em outra classe) a partir de uma instância de OuterClass:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        OuterClass.StaticClass obj1 = new OuterClass.StaticClass();

        // Classes não-estáticas públicas também podem ser usadas, mas
        // sempre atreladas a uma instância da classe externa.
        OuterClass outerClass = new OuterClass(3);
        OuterClass.NonSTaticClass obj2 = outerClass.new NonStaticClass();
    }
}
private int field;
private static int staticField = 0;

private static class StaticClass {
    public int getStaticOuterField() {
        return staticField;
    }
    // O método abaixo não compila
    // public int getOuterField() {
    //      return field;
    // }
}

private class NonStaticClass {
    // O método abaixo compila
    public int getStaticOuterField() {
        return staticField;
    }
    // O método abaixo compila
    public int getOuterField() {
        return field;
    }
}

Pode parecer meio complicado, mas há vantagens:

  • A nova classe terá acesso aos atributos e métodos privados da classe externa, reduzindo a necessidade de getters e setters.
  • Incentiva modularização: um pedaço de um algoritmo poderia ser extraído em uma classe, mas criar outro arquivo complicaria seu código. Se você pode criar esta classe dentro da outra, já simplifica.
  • Ajuda na coesão: a classe extraída ficará "colada" no código mais relevante, assim como a exceção acima.
  • Como classes internas geralmente não são relevantes para outras partes do programa, criá-las como classes privadas favorece o encapsulamento
public class ArrayEnclosingList<T> extends AbstractList<T> {

    private T array[]; 

    // ...

    private class ArrayEnclosingListIterator implements Iterator<T> {

        private int pointer = 0;

        public boolean hasNext() {
            return pointer < array.length;
        }

        public T next() {
            return array[pointer++];
        }

        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return new ArrayEnclosingListIterator();
    }
}
public class ArrayEnclosingListIterator<T> implements Iterator<T> {

    private int pointer = 0;
    // Um atributo a mais
    private ArrayEnclosingList<T> list;

    // É preciso passar a instância da lista na mão
    public ArrayEnclosingListIterator(ArrayEnclosingList<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public boolean hasNext() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return pointer < list.getArray().length; 
    }

    public T next() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return list.getArray()[pointer++];
    }

    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}
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Apenas classes declaradas dentro de outras (conhecidas com classes-membro) podem ser declaradas static. Classes top-level, anônimas ou locais (i.e., declaradas dentro de métodos) não podem. Faz sentido: o modificador static é usado para modificar a relação de alguma entidade (classe, método, atributo) com a classe que a possui. Se uma classe é top-level, ela não é possuída por nenhuma outra: como poderia ser static, então?

Agora, a questão crucial é: o que o modificador static faz em classes-membro?

Duas definições

A diferença entre uma classe-membro estática e uma classe-membro não-estática é sutil. Se fosse para defini-la em uma expressão bem abstrata, eu diria que

Classes-membro não-estáticas conhecem a instância da classe externa que está executando o método.

Uma outra maneira de dizer isso seria

Classes-membro estáticas não precisam de uma instância da classe externa.

Ok, isto é muito abstrato. Vamos ~concretar~ o conceito.

O que só podemos fazer com classes não-estáticas

As classes não-estáticas estão sempre atreladas a uma instância da classe exterior. Por isso, podemos recuperar valores desta instância. Considere a classe exemplo abaixo, onde temos tanto uma classe estática e uma não-estática:

public class OuterClass {

    public static class StaticClass {}

    public class NonStaticClass {}

    private int field;

    public OuterClass(int field) {
        this.field = field;
    }

    public static void main(String[] args) {
        OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
        OuterClass obj2 = new OuterClass(2);
    }
}

Ok, agora vou adicionar à NonStaticClass um método que retorne o valor de field da instância de OuterClass. Se fosse para pegar a instância de NonStaticClass, usaríamos this. Para pegar da instância exterior, colocamos o nome da classe externa, ponto e this (OuterClass.this):

    public class NonStaticClass {
            public int getOuterField() {
                    return OuterClass.this.field;
            }
    }

Agora, vamos imprimir, no construtor de OuterClass, o valor retornado por NonStaticClass.getOuterField():

    public OuterClass(int field) {
            this.field = field;
            System.out.println(new NonStaticClass().getOuterField());
    }

    public static void main(String[] args) {
            OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
            OuterClass obj2 = new OuterClass(2);
    }
}

Se eu executar essa classe, o resultado vai ser:

1
2

Note que o método NonStaticClass.getOuterField() retorna o valor do campo da instância em que foi chamado. Isto só é possível porque a instância de NonStaticClass conhece a instância de OuterClass.

O que não podemos fazer com classes não-estáticas

Uma consequência disso é que não posso usar classes não-estáticas dentro de métodos estáticos. Por exemplo, não posso fazer isso:

   public static void main(String[] args) {
            OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
            OuterClass obj2 = new OuterClass(2);

            // A linha abaixo não compila
            // NonStaticClass nonStaticClassInstance = new NonStaticClass();

    }

Por que não? Porque toda instância de NonStaticClass deve estar ligada a uma instância de OuterClass, mas dentro do método estático main(String[]) não existe nenhuma instância de OuterClass. É a mesma razão pela qual não podemos usar this dentro de um método estático. Contudo, podemos criar uma nova instância de NonStaticClass em um método estático (ou mesmo em outra classe) a partir de uma instância de OuterClass:

   public static void main(String[] args) {
        OuterClass obj1 = new OuterClass(1);
        OuterClass obj2 = new OuterClass(2);

        // A linha abaixo compila
        NonStaticClass instance = obj2.new NonStaticClass();
        // Imprimirá "2"
        System.out.println(instance.getOuterField());
   }

Outra consequência de se usar uma classe não-estática é que ela não pode ter campos ou métodos estáticos. Confesso que não entendo bem a razão disso, mas certamente não é algo que faz falta.

O que só podemos fazer com classes estáticas

Classes estáticas, por sua vez, não precisam de uma instância da classe exterior. Uma consequência disso é que podem ser usadas em métodos estáticos sem enclosing instances:

public static void main(String[] args) {
    // A linha abaixo compila
    StaticClass instance2 = new StaticClass();
}

Na verdade, se forem públicas, as classes estáticas podem ser usadas até por outras classes, de maneira bem semelhante às classes top-level. Normalmente, aliás, são usadas assim:

public class Main {
    private OuterClass.StaticClass instance1;
    private OuterClass.NonStaticClass instance2;

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        main.instance1 = new OuterClass.StaticClass();

        // Classes não-estáticas públicas também podem ser usadas, mas
        // sempre atreladas a uma instância da classe externa.
        OuterClass outerClass = new OuterClass(3);
        main.instance2 = outerClass.new NonStaticClass();
    }
}

O que não podemos fazer com classes estáticas

Como instâncias de classes estáticas não estão ligadas a instâncias da classe externa, elas não podem acessar campos e métodos destas instâncias:

private static class StaticClass {
    // O método abaixo não compila
    // public int getOuterField() {
    //     return field;
    // }
}

Por outro lado, tanto classes estáticas quanto classes não-estáticas podem acessar campos e métodos estáticos da classe externa, já que estes campos e métodosã ãno so ligados a uma instância específica:

       private int field;
    private static int staticField = 0;

    private static class StaticClass {
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo não compila
            // public int getOuterField() {
            //      return field;
            // }
    }

    private class NonStaticClass {
            // O método abaixo compila
            public int getStaticOuterField() {
                    return staticField;
            }
            // O método abaixo compila
            public int getOuterField() {
                    return field;
            }
    }

Na prática, isto torna as classes estáticas praticamente equivalentes a classes top-level.

Para que servem classes estáticas, então?

O principal motivo para se usar classes estáticas é estruturação de código.

Suponha que você tenha uma classe Connection como a abaixo:

public class Connection {
    public List getResult() throws ConnectionException {
        // Faz algo
        return null;
    }
}

Ela precisa de uma exceção específica para ela. Esta exceção poderia ser criada em outro pacote, mas muitos desenvolvedores gostam de declará-la dentro da própria classe, para manter a coesão:

public class Connection {
    public static class ConnectionException extends Exception {}    

    public List getResult() throws ConnectionException {
            // Faz algo
            return null;
    }
}

Pode parecer meio complicado, mas há vantagens. Por exemplo, incentiva você a modularizar: um pedaço de seu algoritmo poderia ser extraído em uma classe, mas criar outro arquivo complicaria seu código. Se você pode criar esta classe dentro da outra, já simplifica. Também ajuda na coesão: a classe extraída ficará "colada" no código mais relevante, assim como a exceção acima. A nova classe terá acesso aos atributos e métodos privados da classe externa, reduzindo a necessidade de getters e setters. Ademais, se a classe interna for privada, o encapsulamento é ainda maior!

Para que servem classes não-estáticas?

Na minha experiência, classes não-estáticas são menos comuns. Mesmo quando existem, poderiam ser substituídas por classes estáticas. Ainda assim, podem ser úteis para criar objetos que são intimamente ligados à instância externa.

Um bom exemplo talvez sejam iteradores. Considere a classe abaixo, que permite usar arrays como se fossem listas:

public class ArrayEnclosingList<T> extends AbstractList<T> {

    private T array[]; 

    public ArrayEnclosingList(T[] array) {
        this.array = array;
    }

    public T get(int index) {
        return array[index];
    }

    public int size() {
        return array.length;
    }
}

AbstractList já fornece um método iterator(), mas podemos querer sobrescrevê-lo (frequentemente para otimizá-lo). No nosso caso, poderíamos fazer algo como:

public class ArrayEnclosingList<T> extends AbstractList<T> {

    private T array[]; 

    // ...

    private class ArrayEnclosingListIterator implements Iterator<T> {

        private int pointer = 0;

        public boolean hasNext() {
            return pointer < array.length;
        }

        public T next() {
            return array[pointer++];
        }

        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return new ArrayEnclosingListIterator();
    }

}

Note como os métodos de ArrayEnclosingListIterator podem acessar array. Isto só é possível porque ArrayEnclosingListIterator é uma classe-membro não-estática. Daria para fazer isso com uma classe que naõ fosse interna? Certamente, mas iria complicar um tanto:

public class ArrayEnclosingListIterator<T> implements Iterator<T> {

    private int pointer = 0;
    // Um atributo a mais
    private ArrayEnclosingList<T> list;

    // É preciso passar a instância da lista na mão
    public ArrayEnclosingListIterator(ArrayEnclosingList<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public boolean hasNext() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return pointer < list.getArray().length; 
    }

    public T next() {
        // Agora o array da lista deve ser acessível
        return list.getArray()[pointer++];
    }

    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    }
}

Neste caso, como o iterador é intimamente ligado ao iterável, a vantagem de pô-lo como classe-membro é evidente.