Java抽象化完全ガイド: 抽象クラス・抽象メソッドで実装を隠蔽し設計を簡潔に

辞書によれば、抽象化とは「出来事ではなくアイデアを扱う性質」です。例えばEメールを考えると、Eメールを送信した直後に何が起こるか、Eメールサーバーが使用するプロトコルなどの複雑な詳細はユーザーから隠蔽されています。したがって、Eメールを送信するには内容を入力し、受信者のアドレスを指定し、送信をクリックするだけで済みます。

同様にオブジェクト指向プログラミングにおいて、抽象化とは実装の詳細をユーザーから隠蔽し、機能のみをユーザーに提供するプロセスです。言い換えれば、ユーザーはオブジェクトが何をするかを知っていて、どのようにするかを知る必要はありません。

Javaでは、抽象クラスとインターフェースを使用して抽象化を実現します。

抽象クラス

宣言にabstractキーワードを含むクラスを抽象クラスと呼びます。

• 抽象クラスは抽象メソッド（本体のないメソッド：public void get();）を含む場合と含まない場合がある。
• しかし、クラスが少なくとも1つの抽象メソッドを持つ場合、そのクラスは必ずabstractと宣言しなければならない。
• クラスがabstractと宣言されている場合、インスタンス化できない。
• 抽象クラスを使用するには、別のクラスから継承し、その中の抽象メソッドに実装を提供する必要がある。
• 抽象クラスを継承する場合、その中のすべての抽象メソッドに実装を提供しなければならない。

例: 抽象クラスの作成

抽象クラスを作成するには、クラス宣言でclassキーワードの前にabstractキーワードを置きます。

/* File name : Employee.java */
public abstract class Employee {
    private String name;
    private String address;
    private int number;

    public Employee(String name, String address, int number) {
        System.out.println("Constructing an Employee");
        this.name = name;
        this.address = address;
        this.number = number;
    }

    public double computePay() {
        System.out.println("Inside Employee computePay");
        return 0.0;
    }

    public void mailCheck() {
        System.out.println("Mailing a check to " + this.name + " " + this.address);
    }

    public String toString() {
        return name + " " + address + " " + number;
    }

    public String getName() { return name; }
    public String getAddress() { return address; }
    public void setAddress(String newAddress) { address = newAddress; }
    public int getNumber() { return number; }
}

抽象メソッドを除けば、EmployeeクラスはJavaの通常のクラスと同じです。クラスはabstractになりましたが、依然として3つのフィールド、7つのメソッド、1つのコンストラクタを持っています。

以下のようにEmployeeクラスをインスタンス化しようとするとどうなるか。

/* File name : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /* 以下は許可されずエラーになる */
        Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);
        System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
        e.mailCheck();
    }
}

上記クラスをコンパイルすると以下のエラーが発生します。

Employee.java:46: Employee is abstract; cannot be instantiated
Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);
^
1 error

抽象クラスの継承

Employeeクラスのプロパティは、具象クラスと同様に以下のように継承できます。

例: SalaryクラスでEmployeeを継承

/* File name : Salary.java */
public class Salary extends Employee {
    private double salary; // 年俸

    public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
        super(name, address, number);
        setSalary(salary);
    }

    public void mailCheck() {
        System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");
        System.out.println("Mailing check to " + getName() + " with salary " + salary);
    }

    public double getSalary() { return salary; }
    public void setSalary(double newSalary) {
        if (newSalary >= 0.0) {
            salary = newSalary;
        }
    }

    public double computePay() {
        System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
        return salary / 52;
    }
}

ここではEmployeeクラスをインスタンス化できませんが、Salaryクラスをインスタンス化できます。このインスタンスを使用して、Employeeクラスの3つのフィールドと7つのメソッドすべてにアクセスできます。

/* File name : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);
        Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);

        System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");
        s.mailCheck();

        System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
        e.mailCheck();
    }
}

実行結果は以下の通りです。

出力

Constructing an Employee
Constructing an Employee
Call mailCheck using Salary reference --
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to Mohd Mohtashim with salary 3600.0

Call mailCheck using Employee reference--
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to John Adams with salary 2400.0

抽象メソッド

クラスに特定のメソッドを含めたいが、そのメソッドの実際の実装を子クラスに決定させたい場合、そのメソッドを親クラスで抽象として宣言できます。

• abstractキーワードを使用してメソッドを抽象として宣言。
• メソッド宣言でメソッド名の前にabstractキーワードを配置。
• 抽象メソッドはメソッドシグニチャを含むが、メソッドボディを含まない。
• 波括弧の代わりに、抽象メソッドの末尾にはセミコロン（;）を置く。

例: 抽象メソッド

public abstract class Employee {
    private String name;
    private String address;
    private int number;

    public abstract double computePay(); // 抽象メソッド

    // クラス定義の残り
}

メソッドを抽象として宣言すると2つの結果が生じます。

• それを含むクラスはabstractと宣言しなければならない。
• 現在のクラスを継承するクラスは、抽象メソッドをオーバーライドするか、自身をabstractと宣言しなければならない。

注意 - 最終的に、子孫クラスが抽象メソッドを実装しなければなりません。そうでなければ、インスタンス化できない抽象クラスの階層ができてしまいます。

SalaryクラスがEmployeeクラスを継承する場合、以下のようにcomputePay()メソッドを実装する必要があります。

/* File name : Salary.java */
public class Salary extends Employee {
    private double salary; // 年俸

    public double computePay() {
        System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
        return salary / 52;
    }

    // クラス定義の残り
}