Абстрактные классы и методы в Java

Строка Figure figure = new Figure(10, 10); выглядит безобидно, но компилятор отвечает Figure is abstract; cannot be instantiated. Одно слово abstract в объявлении класса навсегда запрещает создавать его объекты — и это не ограничение, а главный смысл конструкции: класс описывает что умеют наследники, не говоря как.

Абстрактный класс в Java — это класс, объявленный с модификатором abstract, объект которого создать нельзя; он служит общим предком для подклассов. Абстрактный метод — это метод без реализации: у него есть сигнатура, но нет тела. Само слово abstract переводится как «абстрактный, отвлечённый» — отвлечённый от конкретной реализации.

Абстрактный метод: синтаксис и правила

Абстрактные методы — это методы, у которых отсутствует реализация. Вместо тела в фигурных скобках после сигнатуры сразу ставится точка с запятой.

Общая форма:

abstract тип имяМетода(списокПараметров);

Пример:

public abstract double calculateArea();

Правила абстрактного метода:

• у него нет тела — только сигнатура и точка с запятой;
• он должен быть реализован в первом неабстрактном наследнике (промежуточный наследник может остаться абстрактным и передать обязанность дальше);
• объявить его можно только внутри абстрактного класса или интерфейса;
• он не может быть одновременно static, final или private.

Абстрактный класс: объявление и объекты

Любой класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод, обязан сам быть объявлен абстрактным. Для этого достаточно указать ключевое слово abstract перед словом class:

public abstract class Figure {
    // ...
    public abstract double calculateArea();
}

У абстрактного класса не может быть собственных объектов, но его тип можно использовать для ссылок на объекты наследников:

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // Figure figure = new Figure(10, 10); // ошибка компиляции:
        // Figure is abstract; cannot be instantiated

        Figure figure = new Rectangle(10, 20); // так можно: ссылка типа Figure
        System.out.println(figure.calculateArea());
    }
}

Именно ради этой возможности абстракция и нужна: переменная, параметр метода или элемент коллекции объявляются общим абстрактным типом, а конкретный объект подставляется во время выполнения. Это базовый приём абстракции в ООП — работать с сущностью через её обобщённый контракт, не зная реализации.

Пример: Figure, Rectangle и Triangle

Возьмём классы Figure, Triangle и Rectangle из урока «Переопределение методов». Там Figure был обычным классом и возвращал бессмысленный ноль площади. Класс описывает абстрактную фигуру, у которой площади не существует, поэтому calculateArea() правильнее сделать абстрактным, а сам класс — абстрактным.

public abstract class Figure {
    double dimension1;
    double dimension2;

    public Figure(double dimension1, double dimension2) {
        this.dimension1 = dimension1;
        this.dimension2 = dimension2;
    }

    public abstract double calculateArea();
}

Обратите внимание: у абстрактного класса есть поля и конструктор, хотя объектов у него не бывает. Конструктор нужен наследникам — они вызывают его через super(...), чтобы инициализировать унаследованную часть состояния.

Любой подкласс, производный от абстрактного класса, обязан реализовать все абстрактные методы суперкласса либо сам быть объявлен абстрактным:

public class Rectangle extends Figure {
    public Rectangle(double dimension1, double dimension2) {
        super(dimension1, dimension2);
    }

    @Override
    public double calculateArea() {
        System.out.println("В области четырёхугольника.");
        return dimension1 * dimension2;
    }
}

public class Triangle extends Figure {
    public Triangle(double dimension1, double dimension2) {
        super(dimension1, dimension2);
    }

    @Override
    public double calculateArea() {
        System.out.println("В области треугольника.");
        return dimension1 * dimension2 / 2;
    }
}

Массив абстрактного типа и полиморфизм

Объектов у абстрактного класса нет, а вот массив (или List) абстрактного типа создать можно: он хранит ссылки на объекты наследников.

public class FindAreasExample {
    public static void main(String[] args) {
        Figure[] figures = new Figure[3];

        // figures[0] = new Figure(10, 10); // не скомпилируется: Figure абстрактный

        figures[0] = new Rectangle(10, 10);
        figures[1] = new Rectangle(20, 10);
        figures[2] = new Triangle(10, 10);

        for (Figure figure : figures) {
            double area = figure.calculateArea();
            System.out.println(area);
        }
    }
}

Результат выполнения программы:

В области четырёхугольника.
100.0
В области четырёхугольника.
200.0
В области треугольника.
50.0

Компилятор видит только тип Figure и разрешает вызов, потому что метод объявлен в абстрактном классе. Какая именно реализация выполнится, решает JVM во время работы программы по реальному типу объекта — это динамическое связывание.

Что можно и что нельзя в абстрактном классе

Абстрактный класс или интерфейс

После появления default-методов в Java 8 граница между интерфейсом и абстрактным классом стала тоньше, но не исчезла.

На чём чаще всего ошибаются

• Пытаются создать объект абстрактного класса. new Figure(10, 10) не компилируется, даже если у класса есть конструктор.
• Забывают реализовать метод в наследнике. Тогда компилятор потребует либо реализацию, либо пометить сам наследник как abstract.
• Сужают видимость при реализации. Метод, объявленный public abstract, нельзя реализовать как protected — доступ разрешено только расширять.
• Делают абстрактным класс без наследников. Абстракция без реализаций — это просто код, который нельзя выполнить.
• Путают «абстрактный» с «пустым». Метод с телом { } или return 0; — это обычный метод: компилятор не заставит его переопределить, и ошибка всплывёт уже во время работы программы.