Абстрактный класс — это класс, предназначенный для того, чтобы служить базой для других классов. Он не может быть создан как самостоятельный экземпляр (объект), а предназначен для наследования. В объектно-ориентированном программировании абстрактный класс используется как средство задания общей структуры и поведения для всех производных (наследующих) классов. Он может содержать как реализованные методы, так и абстрактные — то есть те, у которых нет тела и которые должны быть реализованы в подклассах.

Синтаксис в популярных языках

Java:

abstract class Animal {
abstract void makeSound();
void breathe() {
System.out.println("Breathing...");
}
}

C#:

abstract class Animal {
public abstract void MakeSound();
public void Breathe() {
Console.WriteLine("Breathing...");
}
}

Swift:

class Animal {
func breathe() {
print("Breathing")
}
func makeSound() {
fatalError("This method must be overridden")
}
}

Python:

from abc import ABC, abstractmethod
class Animal(ABC):
@abstractmethod
def make_sound(self):
pass
def breathe(self):
print("Breathing...")

Основные свойства абстрактного класса

1. Нельзя создать объект абстрактного класса. Попытка вызвать new Animal() (в Java или C#) приведёт к ошибке компиляции.

2. Может содержать как абстрактные, так и конкретные методы. Это главное отличие от интерфейсов (в классических версиях Java), где можно было описывать только сигнатуры методов (до Java 8).

3. Может иметь поля с данными. В отличие от многих реализаций интерфейсов, абстрактный класс может хранить состояние объекта.

4. Поддерживает конструкторы. Хотя создать экземпляр напрямую нельзя, конструкторы абстрактного класса вызываются при создании объектов подклассов.

5. Наследование. Подклассы абстрактного класса обязаны реализовать все его абстрактные методы, если только они сами тоже не являются абстрактными.

Абстрактные методы

Абстрактные методы не имеют тела. Они указывают на то, что каждый подкласс обязан предоставить конкретную реализацию.

abstract class Shape {
abstract double area();
}

Класс Shape говорит: «Каждая фигура должна уметь вычислять площадь, но я не знаю, как именно».

Подклассы реализуют этот метод:

class Circle extends Shape {
double radius;
Circle(double r) { radius = r; }
double area() {
return Math.PI \* radius \* radius;
}
}

Когда использовать абстрактный класс

• Общие поведенческие шаблоны. Когда несколько классов разделяют общий функционал, часть которого можно описать один раз в базовом классе.

• Частичная реализация. Абстрактный класс предоставляет базовую реализацию методов, но позволяет переопределить поведение в потомках.

• Расширение интерфейсов. Если нужен интерфейс с конкретной логикой по умолчанию, но также с возможностью гибкой настройки.

• Построение иерархий. В больших системах часто выстраивают цепочки наследования от абстрактных сущностей.

Отличие от интерфейсов

Примеры использования

1. Фреймворки и библиотеки:
   Абстрактные классы часто применяются в архитектуре приложений. Например, абстрактный контроллер в MVC-фреймворках.

2. Шаблон проектирования Template Method:
   Основан на абстрактном классе с частичной реализацией, где общая логика определена, а шаги конкретизируются в потомках.

3. Абстракция устройств или сущностей:
   Например, абстрактный класс Device может иметь поля типа id, name и методы вроде connect(), disconnect(), но метод transferData() будет абстрактным.

Внутренняя реализация и поведение

Под абстрактным классом компилятор создаёт специальную структуру:

• В Java и C#: сохраняются ссылки на методы в таблице виртуальных методов (vtable), так что переопределённые методы работают корректно во время выполнения (runtime polymorphism).

• В Swift: классы могут быть абстрактными по соглашению, через fatalError() и документацию.

• В Python: используется модуль abc (Abstract Base Classes) для реализации абстракции. Проверка происходит во время выполнения (runtime), а не компиляции.

Плюсы абстрактных классов

• Повторное использование кода.

• Чёткое разделение общего и специфичного поведения.

• Обеспечение единой точки контроля и стандарта.

• Мощный инструмент для построения архитектур и иерархий.

Минусы

• Только одиночное наследование (в большинстве языков).

• Меньшая гибкость по сравнению с интерфейсами (особенно в случае множественного наследования поведения).

• Тесная связанность классов между собой (tight coupling), что усложняет тестирование и поддержку.

Абстрактный класс — это каркас, определяющий, что должен уметь наследуемый класс, а также что уже реализовано. Он лежит в основе архитектурного проектирования ООП и позволяет структурировать код с высокой степенью повторного использования и расширяемости.