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?
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
- 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, 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 a instância exterior, colocamos 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 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 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 {
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();
}
}
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:
- 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
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.