Что такое абстрактные классы и методы в Java

Абстракция — это процесс, в котором многие детали реализации скрыты от пользователя, а предоставляются только действительно важные детали. Это позволяет вам сосредоточиться на том, что делает объект, а не на том, как он это делает.

В Java абстрактные классы и методы являются основными инструментами реализации абстракций. Абстрактные классы служат шаблонами для создания подклассов, а абстрактные методы можно рассматривать как схемы, описывающие поведение этих подклассов.

Если вы новичок в Java или хотите узнать больше о разнице между абстрактными классами или интерфейсами, вы можете прочитать руководство по этой теме: Разница между интерфейсом и абстрактным классом в Java.

Реферативные курсы
Определение синтаксиса абстрактных классов в Java

Абстрактный класс — это класс, который не может быть создан сам по себе — он служит базой для других классов. При объявлении такого класса ключевое слово помещается в его определение abstract.

public abstract class Shape {
  // class body
}

Обратите внимание, что абстрактные классы могут содержать как абстрактные, так и неабстрактные методы, а также переменные экземпляра. строители и другие участники. Следует признать, что абстрактные классы не могут быть созданы напрямую, а это значит, что их нельзя использовать непосредственно для создания объектов.

Различия между абстрактными и конкретными классами

Абстрактные классы (в отличие от конкретных классов) не могут быть созданы напрямую. С другой стороны, абстрактные классы предназначены для расширения другими классами, которые затем могут реализовывать абстрактные методы и методы. наследовать неабстрактные члены и поведение абстрактного класса.

Кроме того, абстрактные классы могут иметь конструкторы, но их нельзя вызывать непосредственно из подклассов. Напротив, конструктор конкретного подкласса должен явно вызывать конструктор соответствующего суперкласса. Для этого либо super()или конкретный конструктор суперкласса.

Когда использовать абстрактные классы: пример

Абстрактные классы часто используются для определения общего интерфейса или поведения, которые могут использоваться сразу несколькими подклассами. Например, представьте, что вы разрабатываете игру, в которой используются различные формы, такие как круги, квадраты и треугольники. Все эти фигуры имеют некоторые общие свойства, такие как периметр и площадь. Но они также могут иметь уникальные характеристики, такие как количество сторон и радиус.

Чтобы представить эти фигуры в игре, вы можете создать абстрактный класс Shape, определяющий общее поведение для всех фигур:

public abstract class Shape {
  protected int x, y;

  public Shape(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  public abstract double getArea();
  public abstract double getPerimeter();
}

В этом примере класс Shape содержит переменные экземпляра для координат x и y определенной формы, а также абстрактные методы для вычисления площади и периметра. Определяя эти методы как абстрактные, мы позволяем каждому конкретному подклассу реализовать их по-своему.

Например, мы могли бы создать подкласс Circleрасширение класса Shape и реализовывать собственные версии методов getArea() И getPerimeter():

public class Circle extends Shape {
  private double radius;

  public Circle(int x, int y, double radius) {
    super(x, y);
    this.radius = radius;
  }

  public double getArea() {
    return Math.PI * radius * radius;
  }

  public double getPerimeter() {
    return 2 * Math.PI * radius;
  }
}

Точно так же мы могли бы создать подклассы Square И Triangleтакже реализуя свои собственные версии методов getArea() И getPerimeter()при наследовании координат x и y от суперкласса Shape.

Используя таким образом абстрактные классы, мы создаем гибкую и расширяемую систему, которая позволяет нам представлять различные формы в нашей игре, сохраняя при этом общий интерфейс для всех подклассов, чтобы обеспечить общее поведение.

Абстрактные методы
Определение и синтаксис абстрактных методов в Java

Абстрактный метод — это метод, который объявлен, но не обеспечивает реализацию. Он объявляется с использованием ключевого слова abstract, присутствующего в сигнатуре этого метода, и это ключевое слово должно быть включено в абстрактный класс.

public abstract double getArea();

Обратите внимание, что у абстрактных методов нет тела, но они могут содержать возвращаемый тип, параметры и модификаторы. За реализацию абстрактного метода отвечают конкретные подклассы, расширяющие абстрактный класс.

Правила и ограничения при использовании абстрактных методов

К абстрактным методам в Java применяются несколько правил и ограничений:

• Абстрактный метод не может быть объявлен окончательным или закрытым.
• Абстрактный метод должен быть объявлен в абстрактном классе.
• Конкретный подкласс, расширяющий абстрактный класс, должен обеспечивать реализацию всех своих унаследованных абстрактных методов.

Как использовать абстрактные методы в сочетании с абстрактными классами: примеры
Абстрактные методы часто используются в сочетании с абстрактными классами, поскольку они позволяют предоставить общий интерфейс для группы связанных классов. Продолжая наш пример с фигурами из предыдущего раздела, давайте посмотрим, как можно использовать абстрактные методы для определения общего интерфейса, который позволил бы нам вычислять площадь и периметр различных фигур.

Мы уже определили абстрактный класс Shapeкоторый содержит абстрактные методы вычисления площади и периметра фигуры:

public abstract class Shape {
  protected int x, y;

  public Shape(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  public abstract double getArea();
  public abstract double getPerimeter();
}

Чтобы создать конкретный подкласс Shapeвы должны реализовать следующие абстрактные методы:

public class Circle extends Shape {
  private double radius;

  public Circle(int x, int y, double radius) {
    super(x, y);
    this.radius = radius;
  }

  public double getArea() {
    return Math.PI * radius * radius;
  }

  public double getPerimeter() {
    return 2 * Math.PI * radius;
  }
}

В этом примере класс Circle реализует методы getArea() И getPerimeter() используя собственные уникальные формулы для расчета площади круга и периметра круга.
Точно так же мы могли бы создать подклассы Square И Triangleкоторые реализуют собственные версии методов getArea() и getPerimeter().

Используя абстрактные методы в сочетании с абстрактными классами, вы можете предоставить общий интерфейс для вычисления площади и периметра различных фигур, позволяя при этом каждому конкретному подклассу реализовывать эти методы по-своему.

Лучшие практики

При работе с абстрактными классами и методами в Java следует помнить о нескольких рекомендациях. Вот несколько советов, которые помогут вам эффективно использовать эти мощные инструменты:

1. Используйте абстрактные классы для моделирования иерархий связанных классов. Использование абстрактных классов очень удобно для представления группы связанных классов, которые имеют некоторые общие функции. Создавая абстрактный класс, определяющий общие методы и свойства, вы избегаете дублирования, повышаете модульность кода и упрощаете его обслуживание.

2. Используйте абстрактные методы для определения общего поведения. Абстрактные методы полезны, когда вы хотите применить конкретное поведение к нескольким подклассам одновременно. Определив абстрактный метод в абстрактном классе, вы можете гарантировать, что все подклассы (каждый по-своему) реализуют одинаковое поведение.

3. Не переусердствуйте с абстрактными классами и методами. Хотя абстрактные классы и методы могут быть довольно мощными, важно не переусердствовать с ними. Как правило, вам следует создавать абстрактный класс или метод только тогда, когда для этого есть четкая причина. Если вы используете их слишком активно, код может стать излишне сложным, и его станет сложнее поддерживать.

4. Соблюдайте соглашения об именах: при именовании классов и абстрактных методов важно соблюдать стандартные соглашения об именах в Java. Имя абстрактного класса должно быть абстрактным именем (например, «Shape»), а имена абстрактных методов должны быть глаголами (например, «draw»).

5. Документируйте свой код. Как и в случае со всем кодом, важно документировать абстрактные классы и методы, чтобы их было легче понять другим разработчикам. Предоставьте четкие и краткие комментарии к коду, объясняющие значение поведения каждого класса и метода и их назначение.

Следуя этим рекомендациям, вы можете убедиться, что ваши абстрактные классы и методы эффективны при реализации абстракций и создании управляемого модульного кода.

Заключение

Таким образом, абстрактные классы и методы являются мощными инструментами для реализации абстракций в Java. Умело используя их, вы можете создавать более модульный и удобный для сопровождения код, который легче понять и расширить. Если вы моделируете иерархии связанных классов или определяете общее поведение, которое необходимо реализовать одновременно в нескольких подклассах, абстрактные классы и методы могут оказаться особенно полезными. Следуя рекомендациям, изложенным выше, вы сможете освоить этот важный аспект программирования на Java.

Часто задаваемые вопросы

• Могут ли абстрактные классы иметь конструкторы?

Да, абстрактные классы могут иметь конструкторы. Однако они не могут быть созданы напрямую, поэтому их конструкторы обычно вызываются конструкторами их подклассов.

• Могут ли абстрактные классы реализовывать интерфейсы?
Да, абстрактные классы могут реализовывать интерфейсы, любой класс может. Эта функция может быть полезна, если вы хотите обеспечить общее поведение сразу для нескольких классов, чтобы они реализовали один и тот же интерфейс.

• Могут ли абстрактные методы быть статическими?
Нет, абстрактные методы не могут быть статический, поскольку для их работы требуется вызов экземпляра класса. Конечно, статические методы могут вызывать абстрактные методы, если они реализованы в конкретных подклассах.

• Могут ли абстрактные курсы быть окончательными?
Нет, абстрактные классы не могут быть окончательными, поскольку они разработаны специально для расширения подклассами. Если вы сделаете финальный абстрактный класс, то такое расширение будет исключено.

• Когда следует использовать абстрактные классы вместо интерфейсов?
Абстрактные классы хороши для вас, если вы хотите предоставить общую функциональность многим классам, которые являются частью общей иерархии. Интерфейсы лучше всего подходят для определения набора методов, которые могут независимо реализовываться разными классами. Правило таково: используйте абстрактные классы, когда вы хотите предоставить базовую реализацию для группы связанных классов. Интерфейсы более подходят, когда вам нужно определить группу методов, которые должны быть реализованы разрозненными классами, каждый по-своему.

p/s книга по теме: Программируется на Java. 5-й межд. изд.