計算機程式的思維邏輯 (20) – 為什麼要有抽象類?

swiftma發表於2019-03-02

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計算機程式的思維邏輯 (20) – 為什麼要有抽象類?

基本概念

上節提到了一個概念,抽象類,抽象類是什麼呢?顧名思義,抽象類就是抽象的類,抽象是相對於具體而言的,一般而言,具體類有直接對應的物件,而抽象類沒有,它表達的是抽象概念,一般是具體類的比較上層的父類。

比如說,狗是具體物件,而動物則是抽象概念,櫻桃是具體物件,而水果則是抽象概念,正方形是具體物件,而圖形則是抽象概念。下面我們通過一些例子來說明Java中的抽象類。

抽象方法和抽象類

之前我們介紹過圖形類Shape,它有一個方法draw(),Shape其實是一個抽象概念,它的draw方法其實並不知道如何實現,只有子類才知道。這種只有子類才知道如何實現的方法,一般被定義為抽象方法

抽象方法是相對於具體方法而言的,具體方法有實現程式碼,而抽象方法只有宣告,沒有實現,上節介紹的介面中的方法就都是抽象方法。

抽象方法和抽象類都使用abstract這個關鍵字來宣告,語法如下所示:

public abstract class Shape {
    // ... 其他程式碼
    public abstract void draw();
}
複製程式碼

定義了抽象方法的類必須被宣告為抽象類,不過,抽象類可以沒有抽象方法。抽象類和具體類一樣,可以定義具體方法、例項變數等,它和具體類的核心區別是,抽象類不能建立物件(比如,不能使用new Shape()),而具體類可以

抽象類不能建立物件,要建立物件,必須使用它的具體子類。一個類在繼承抽象類後,必須實現抽象類中定義的所有抽象方法,除非它自己也宣告為抽象類。圓類的實現程式碼,如下所示:

public class Circle extends Shape {
    //...其他程式碼
    
    @Override
    public void draw() {
        // ....
    }
}
複製程式碼

圓實現了draw()方法。與介面類似,抽象類雖然不能使用new,但可以宣告抽象類的變數,引用抽象類具體子類的物件,如下所示:

Shape shape = new Circle();
shape.draw();
複製程式碼

shape是抽象類Shape型別的變數,引用了具體子類Circle的物件,呼叫draw方法將呼叫Circle的draw程式碼。

為什麼需要抽象類?

抽象方法和抽象類看上去是多餘的,對於抽象方法,不知道如何實現,定義一個空方法體不就行了嗎,而抽象類不讓建立物件,看上去只是增加了一個不必要的限制。

引入抽象方法和抽象類,是Java提供的一種語法工具,對於一些類和方法,引導使用者正確使用它們,減少被誤用。

使用抽象方法,而非空方法體,子類就知道他必須要實現該方法,而不可能忽略。

使用抽象類,類的使用者建立物件的時候,就知道他必須要使用某個具體子類,而不可能誤用不完整的父類。

無論是寫程式,還是平時做任何別的事情的時候,每個人都可能會犯錯,減少錯誤不能只依賴人的優秀素質,還需要一些機制,使得一個普通人都容易把事情做對,而難以把事情做錯。抽象類就是Java提供的這樣一種機制

抽象類和介面

抽象類和介面有類似之處,都不能用於建立物件,介面中的方法其實都是抽象方法。如果抽象類中只定義了抽象方法,那抽象類和介面就更像了。但抽象類和介面根本上是不同的,一個類可以實現多個介面,但只能繼承一個類。

抽象類和介面是配合而非替代關係,它們經常一起使用,介面宣告能力,抽象類提供預設實現,實現全部或部分方法,一個介面經常有一個對應的抽象類。

比如說,在Java類庫中,有:

  • Collection介面和對應的AbstractCollection抽象類
  • List介面和對應的AbstractList抽象類
  • Map介面和對應的AbstractMap抽象類

對於需要實現介面的具體類而言,有兩個選擇,一個是實現介面,自己實現全部方法,另一個則是繼承抽象類,然後根據需要重寫方法。

繼承的好處是複用程式碼,只重寫需要的即可,需要寫的程式碼比較少,容易實現。不過,如果這個具體類已經有父類了,那就只能選擇實現介面了。

我們以一個例子來進一步說明這種配合關係,還是用前面兩節中關於add的例子,上節引入了IAdd介面,程式碼如下:

public interface IAdd {
    void add(int number);
    void addAll(int[] numbers);
}
複製程式碼

我們實現一個抽象類AbstractAdder,程式碼如下:

public abstract class AbstractAdder implements IAdd {
    @Override
    public void addAll(int[] numbers) {
        for(int num : numbers){
            add(num);
        }
    }
}
複製程式碼

這個抽象類提供了addAll方法的實現,它通過呼叫add方法來實現,而add方法是一個抽象方法。

這樣,對於需要實現IAdd介面的類來說,它可以選擇直接實現IAdd介面,或者從AbstractAdder類繼承,如果繼承,只需要實現add方法就可以了。這裡,我們讓原有的Base類繼承AbstractAdder,程式碼如下所示:

public class Base extends AbstractAdder {
    private static final int MAX_NUM = 1000;
    private int[] arr = new int[MAX_NUM];
    private int count;
    
    @Override
    public void add(int number){
        if(count<MAX_NUM){
            arr[count++] = number;    
        }
    }
}
複製程式碼

小結

本節,我們談了抽象類,相對於具體類,它用於表達抽象概念,雖然從語法上,抽象類不是必須的,但它能使程式更為清晰,減少誤用,抽象類和介面經常相互配合,介面定義能力,而抽象類提供預設實現,方便子類實現介面。

在目前關於類的描述中,每個類都是獨立的,都對應一個Java原始碼檔案,但在Java中,一個類還可以放在另一個類的內部,稱之為內部類,為什麼要將一個類放到別的類內部呢?


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