Зачем нужны абстрактные классы
Кроме обычных классов в Java есть абстрактные классы . Абстрактный класс похож на обычный класс. В абстрактном классе также можно определить поля и методы, но в то же время нельзя создать объект или экземпляр абстрактного класса. Абстрактные классы призваны предоставлять базовый функционал для классов-наследников. А производные классы уже реализуют этот функционал.
При определении абстрактных классов используется ключевое слово abstract :
Но главное отличие состоит в том, что мы не можем использовать конструктор абстрактного класса для создания его объекта. Например, следующим образом:
Кроме обычных методов абстрактный класс может содержать абстрактные методы . Такие методы определяются с помощью ключевого слова abstract и не имеют никакой реализации:
Производный класс обязан переопределить и реализовать все абстрактные методы, которые имеются в базовом абстрактном классе. Также следует учитывать, что если класс имеет хотя бы один абстрактный метод, то данный класс должен быть определен как абстрактный.
Зачем нужны абстрактные классы? Допустим, мы делаем программу для обслуживания банковских операций и определяем в ней три класса: Person, который описывает человека, Employee, который описывает банковского служащего, и класс Client, который представляет клиента банка. Очевидно, что классы Employee и Client будут производными от класса Person, так как оба класса имеют некоторые общие поля и методы. И так как все объекты будут представлять либо сотрудника, либо клиента банка, то напрямую мы от класса Person создавать объекты не будем. Поэтому имеет смысл сделать его абстрактным.
Другим хрестоматийным примером является система геометрических фигур. В реальности не существует геометрической фигуры как таковой. Есть круг, прямоугольник, квадрат, но просто фигуры нет. Однако же и круг, и прямоугольник имеют что-то общее и являются фигурами:
Зачем нужны интерфейсы и абстрактные классы
До недавнего времени мне было трудно понять, зачем же нужны абстрактные классы и интерфейсы и в чём между ними разница. Однако теперь на реальных примерах мне все же удалось это понять, и я готов поделиться своим видением с читателями. В качестве примера мы рассмотрим TypeScript.
Интерфейсы
Давайте представим, что у нас имеется автомастерская WorkShop. Она может ремонтировать 3 вида автомобилей BMW, Mercedes и Porsche. В этом случае наш код будет выглядеть следующим образом:
void необходимо указывать в случаях, когда наш метод ничего не возвращает
Мы создали 3 класса для каждого автомобиля. У каждого класса имеются методы fixEngine и ChangeWheels. Каждый метод в каждом классе реализован по-разному для разных марок автомобилей. Основной класс WorkShop на вход принимает vehicle, который может быть 3 разных типов, поэтому мы указываем их через знак |.
В данном случае мы конкретно указываем тип автомобилей в конструкторе, которые принимает Workshop. Если бы мы этого не сделали, тогда бы мы не были уверены в том, что объект в переменной vehicle имеет методы fixEngine и changeWheels, что привело бы к ошибкам.
Но теперь возникает проблема — что будет, если наша мастерская через год начнет обслуживать дополнительно 10 типов автомобилей? В этом случае наш конструктор будет выглядеть как-то так:
Согласитесь, вариант не очень привлекательный. Однако решение есть! Мы можем использовать интерфейс Vehicle.
Интерфейс — это элемент, в котором можно объявить методы, которые должны быть реализованы в объекте.
Мы можем как имплементить(implements) интерфейс, так и указать его в качестве типа в аргументах конструктора Workshop. В случае с динамическими языками типа PHP единственным вариантом является использование implements(например, class BMW implements Vehicle; class Mercedes implements Vehicle и так далее). В JavaScript, например, интерфейсов нет вообще.
Теперь WorkShop может принимать любые объекты, у которых есть методы fixEngine и ChangeWheels. Ура! В этом заключается основная суть интерфейсов.
Абстрактный класс
И если с интерфейсами еще все более менее понятно, то вот абстрактные классы для вас наверняка являются глухим лесом.
Абстрактные классы — это такие классы, которые не могут создавать объекты и нужны лишь для того, чтобы дополнить работу основных классов и избавить нас от повторяющегося кода.
Абстрактными могут быть еще и свойства и методы. Если в классе реализован хотя бы один абстрактный метод или свойство, то класс необходимо обозначить как абстрактный.
Представим, что у нас есть два класса — принтер и сканер. В обоих случаях мы имеем повторяющийся код — одинаковые методы turnOn и Loading.
Как решить проблему? Можно создать класс Device, в котором реализуем методы turnOn и Loading, а зачем через наследование будем обращаться к нашим методам. Но в таком случае нам каждый раз нужно будет создавать сначала объект типа Device, а уже потом Printer и Scaner — неудобно. Можно использовать абстрактный класс Device.
Таким образом мы избавились от повторений в коде, и при этом нет необходимости создавать объект родительского класса Device (let device = new Device());
Абстрактные методы, например, полезны в случаях, если у нас в методе Loading, например, идет обращение к методу класса Scaner или Printer.
В примере в методе Loading мы вызываем метод cleanRAM, который в каждом случае имеет различную реализацию. Без указания абстрактного метода в классе Device TypeScript не понимает, что это за метод такой cleanRAM.
Таким образом, абстрактные классы и интерфейсы позволяют эффективно избавляться от повторений в коде. Делитесь мнением в комментариях и не забывайте подписываться на меня в Twitter.
Абстрактные классы и интерфейсы в Java
Абстрактные классы и интерфейсы встречаются повсюду как в Java-приложениях, так и в самом Java Development Kit (JDK). Каждый из них служит своей цели:
Интерфейс — это контракт, который должен быть реализован конкретным классом.
Абстрактный класс похож на обычный, но отличается тем, что может содержать абстрактные методы — методы без реализации, и нельзя создать экземпляр абстрактного класса.
Многие разработчики не видят разницы между интерфейсами и абстрактными классами, но на самом деле между ними есть весьма существенное различие.
Интерфейсы
Интерфейс — это контракт, который реализуется в некотором классе. У интерфейса не может быть состояния, поэтому в нем нельзя использовать изменяемые поля экземпляра. В интерфейсе могут быть только неизменяемые final-поля.
Когда использовать интерфейсы
Интерфейсы очень полезны для уменьшения связанности (coupling) кода и реализации полиморфизма. Для примера давайте взглянем на интерфейс List из JDK:
Как вы, вероятно, заметили, код весьма краток и лаконичен. Здесь мы видим сигнатуры методов, которые будут реализованы в конкретном классе, реализующем этот интерфейс.
Контракт интерфейса List реализуется классами ArrayList , Vector , LinkedList и другими.
При использовании полиморфизма тип переменной объявляем как List , и присваиваем ей любую из доступных реализаций. Например:
В этом случае в каждом классе присутствует своя реализация методов. И это отличный пример использования интерфейсов. Если вы заметили, что ряд ваших классов содержит одинаковые методы, но с разными реализациями, то стоит использовать интерфейс.
Переопределение метода интерфейса
Помните, что интерфейс — это контракт, который должен быть реализован конкретным классом. Методы интерфейса неявно абстрактны и обязаны быть реализованы в классе, реализующем этот интерфейс.
Рассмотрим следующий пример:
Результат будет следующий:
Обратите внимание еще раз, что методы интерфейса неявно абстрактны и их не нужно явно объявлять как abstract.
Неизменяемые переменные
Еще одно правило, которое следует помнить, заключается в том, что интерфейс может содержать только неизменяемые переменные. Следующий код вполне рабочий:
Обратите внимание, что обе переменные неявно final и static . Это означает, что они являются константами, не зависят от экземпляра и не могут быть изменены.
При попытке изменить поля в интерфейсе Challenger , например, следующим образом:
будет ошибка компиляции:
Default-методы
После появления в Java 8 методов по умолчанию, некоторые разработчики решили, что интерфейсы стали абстрактными классами. Однако это не так, поскольку у интерфейсов не может быть состояния.
У методов по умолчанию может быть реализация, а у абстрактных методов — нет. Методы по умолчанию — результат появления лямбда-выражений и Stream API, но использовать их нужно с осторожностью.
В качестве примера default-метода из JDK можно привести метод forEach() из интерфейса Iterable . Вместо копирования кода этого метода во все реализации Iterable , мы можем переиспользовать метод forEach :
Любая реализация Iterable может использовать метод forEach() без необходимости реализации этого нового метода.
Давайте рассмотрим пример с методом по умолчанию:
Важно отметить, что у default-метода должна быть реализация и default-метод не может быть статическим.
Абстрактные классы
У абстрактных классов может быть состояние в виде изменяемых полей экземпляра. Например:
Абстрактные методы в абстрактных классах
Аналогично интерфейсам в абстрактных классах могут быть абстрактные методы. Абстрактный метод — это метод без тела (без реализации). Но в отличие от интерфейсов, абстрактные методы в абстрактных классах должны быть явно объявлены как абстрактные.
Попытка объявить метод без реализации и без ключевого слова abstract , например, следующим образом:
приведет к ошибке компиляции:
Когда использовать абстрактные классы
Рекомендуется использовать абстрактный класс, когда вам нужно изменяемое состояние. В качестве примера можно привести класс AbstractList из Java Collections Framework, который использует состояние.
Если хранить состояние класса не нужно, обычно лучше использовать интерфейс.
Хороший пример использования абстрактных классов — паттерн «шаблонный метод» (template method). Шаблонный метод манипулирует переменными экземпляра (полями) внутри конкретных методов.
Различия между абстрактными классами и интерфейсами
С точки зрения объектно-ориентированного программирования основное различие между интерфейсом и абстрактным классом заключается в том, что интерфейс не может иметь состояния, тогда как абстрактный класс может (в виде полей экземпляра).
Другое ключевое различие заключается в том, что классы могут реализовывать более одного интерфейса, но расширять только один абстрактный класс. Множественное наследование может привести к тупиковым ситуациям в коде, поэтому авторы Java решили этого избежать, отказавшись от него.
Еще одно различие состоит в том, что интерфейс может быть реализован классом или расширен другим интерфейсом, а класс может быть только расширен.
Также важно отметить, что лямбда-выражения могут использоваться только с функциональными интерфейсами (интерфейс только с одним методом), но не с абстрактными классами с одним абстрактным методом.
В таблице 1 обобщены различия между абстрактными классами и интерфейсами.
Таблица 1. Сравнение интерфейсов и абстрактных классов
Интерфейсы
Абстрактные классы
Могут содержать только final static поля. Интерфейс никогда не может изменять свое состояние.
Могут быть любые поля, в том числе статические, изменяемые и неизменяемые.
Класс может реализовывать несколько интерфейсов.
Класс может расширять только один абстрактный класс.
Может быть реализован с помощью ключевого слова implements.
Может расширять другой интерфейс с помощью extends.
Может быть только расширен с помощью extends.
Можно использовать только static final поля. Параметры и локальные переменные в методах.
Могут быть изменяемые поля экземпляра. Параметры и локальные переменные в методах.
В лямбда-выражениях могут использоваться только функциональные интерфейсы.
Абстрактные классы с одним абстрактным методом не могут использоваться в лямбда-выражениях.
Не может быть конструктора.
Может содержать конструктор.
Могут быть абстрактные методы.
Могут быть default и static методы (c Java 8).
Могут быть private методы с реализацией (с Java 9).
Могут быть любые методы.
Задачка
Давайте изучим основные различия между интерфейсами и абстрактными классами с помощью небольшой задачки. Вы также можете посмотреть данный материал в формате видео (англ.).
В приведенном ниже коде объявлены интерфейс, абстрактный класс и используются лямбда-выражения.
Как вы думаете, какой будет вывод, когда мы запустим этот код? Выберите один из следующих вариантов:
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 5
Разбор задачи
Эта задачка демонстрирует понятия об интерфейсах, абстрактных методах и о некоторых других вещах. Давайте разберем код строка за строкой.
В первой строке main() присутствует лямбда-выражение для интерфейса Zombie. Обратите внимание, что в этой лямбде мы инкрементируем статическое поле. Здесь также можно было использовать поле экземпляра, но не локальную переменную, объявленную вне лямбда-выражения. То есть код компилируется без ошибок. Также обратите внимание, что это лямбда-выражение еще не выполняется, оно только объявлено, и поле nemesisRaids не будет увеличено.
Далее мы выводим значение поля nemesisRaids , которое еще не увеличено. Следовательно, вывод будет:
Еще один интересный момент заключается в том, что мы используем анонимный внутренний класс. Мы создаем не экземпляр абстрактного класса Nemesis , но экземпляр анонимного класса, расширяющего Nemesis . Также обратите внимание, что первый конкретный класс в иерархии наследования всегда будет обязан реализовать абстрактные методы.
В интерфейсе Zombie есть поле с типом интерфейса Zombie , объявленное с помощью лямбда-выражения. Поэтому, когда мы вызываем метод Zombie.zombie.shoot() , получим следующий вывод:
В следующей строке вызывается лямбда-выражение, которое мы создали в начале. Следовательно, переменная nemesisRaids будет увеличена. Однако, поскольку мы используем оператор постинкремента, она будет увеличена только после этого выражения. Следующий вывод будет:
Далее вызовем метод shoot для nemesis , который изменяет поле экземпляра shoots на 23. Обратите внимание, что как раз здесь мы видим основную разницу между интерфейсом и абстрактным классом.
Наконец, мы выводим значение nemesis.shoots и nemesisRaids .
Правильный ответ — вариант 3:
Материал подготовлен в преддверии старта специализации Java-разработчик.
Недавно в рамках специализации прошел открытый урок, на котором мы обсудили алгоритм бинарного поиска, разобрались, почему он быстрее линейного. А также познакомились с понятием «О-большое». Делимся записью этого урока.