Kotlin抽象类 - 技术栈

理解抽象类

假设你想创建一个动物园的模拟程序，你定义了多种不同的动物物种，并希望定义它们的行为。你希望所有的动物都能够吃、睡、发出声音和移动。每个物种的具体行为应该根据动物的种类有所不同。

实际上，这意味着你需要为每种动物物种创建一个类，并定义相应的方法。为了使过程更加容易和结构化，你应该使用抽象类。在这个主题中，我们将讨论什么是抽象类以及如何在代码中使用它们。

抽象类的理解

抽象类就像一个蓝图，可以用来创建其他类。我们不会直接使用这个蓝图，而是基于它创建新的对象，并与这些对象一起工作。

以动物园的例子为例。你可能有一个抽象类 Animal，它定义了所有动物的共同行为，比如吃和睡。这个类还可以包含一些抽象方法，例如发出声音和移动，因为不同的动物发出的声音和移动的方式不同。在创建了 Animal 这个蓝图后，你可以基于它创建具体的动物子类，比如 Cat（猫）和 Dog（狗），它们分别提供自己对抽象方法的实现。

通过以这种方式使用抽象类，你可以确保所有子类具有一致的接口并共享公共行为，同时也允许它们有各自独特的行为。这使得你的代码更加有组织、可重用且易于维护。

简而言之，抽象类是不能直接实例化的类，它作为其他类的蓝图，提供一个公共的结构和行为，供子类继承和扩展。

声明抽象类

在 Kotlin 中，抽象类使用 abstract 修饰符进行声明。

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abstract class Animal

解释代码

与普通类一样，抽象类也可以有构造函数。这些构造函数用来初始化类的属性，可以确保子类满足某些要求或有初始值。

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abstract class Animal(val id: Int)

抽象类可以同时包含抽象成员和非抽象成员（属性和方法）。要声明成员为抽象成员，必须显式使用 abstract 关键字。需要注意的是，抽象成员在类中没有方法体（实现）。

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abstract class Animal(val id: Int) {
    val name: String // 如果没有初始化，必须是抽象的，否则会引发编译错误
    
    abstract fun makeSound()

    fun isSleeping(): Boolean {
        // 方法体
        return false
    }
}

解释代码

在这个例子中，Animal 类使用 abstract 关键字进行声明。它包含一个没有初始化的成员属性 name，因此它必须是抽象的，否则会引发编译错误。此外，还有两个成员函数：第一个是抽象函数 makeSound()，它没有实现，第二个是非抽象函数 isSleeping()，它提供了一个可以被子类继承的公共实现。

如果在创建抽象类后尝试实例化它，将会出现编译错误，因为我们不能直接实例化抽象类。

默认情况下，Kotlin 中的抽象类可以被继承，并且它们的抽象方法和属性可以被覆盖。

实现抽象类

当一个类扩展抽象类时，它必须提供所有抽象成员的实现。

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abstract class Animal {
    abstract fun move()
    abstract fun makeSound()

    fun eat(): Boolean = false
    fun sleep(): Boolean = false
}

class Cat : Animal() {
    override fun move() {
        // 实现猫的移动方式
    }

    override fun makeSound() {
        // 实现猫发出的声音
    }
}

解释代码

在这个例子中，Cat 类扩展了抽象类 Animal，它必须重写并提供 move() 和 makeSound() 函数的具体实现。这确保了每个子类都提供自己对抽象方法的实现。

我们不能直接创建抽象类的对象，但可以创建抽象类类型的引用，并将具体子类的对象赋给它。例如：

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val cat: Animal = Cat()
cat.move()
cat.makeSound()

继承抽象类

抽象类还可以作为其他抽象类的基类。在这种情况下，子类负责实现继承自超类和直接超类的所有抽象方法。

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abstract class Animal {
    abstract fun makeSound()
}

abstract class Mammal : Animal() {
    abstract fun eat()
}

class Cat : Mammal() {
    override fun makeSound() {
        println("Meow!")
    }

    override fun eat() {
        println("The cat is eating.")
    }
}

解释代码

在这个例子中，Animal 是一个抽象类，包含抽象函数 makeSound()。Mammal 类扩展了 Animal 并增加了一个额外的抽象函数 eat()。Cat 类进一步扩展了 Mammal，并为 makeSound() 和 eat() 提供了具体实现。

通过这种方式使用抽象类，我们可以建立一个层次结构，每一层提供更加专门化的行为。在上述例子中，Mammal 扩展了 Animal，为哺乳动物添加了特有的行为，而 Cat 进一步扩展了 Mammal，定义了猫的具体行为。

抽象类 vs 接口

在面向对象编程中，一个常见的问题是抽象类和接口之间的区别。在 Kotlin 中，这两种概念都用于定义类可以实现或继承的契约或行为。然而，它们之间有一些关键区别，这些区别会影响它们的使用和设计。

抽象类	接口
实例化	不能直接实例化。它们作为基类供子类继承。
构造函数	可以有构造函数，包括主构造函数和次构造函数。子类负责调用适当的父类构造函数。
状态	可以有成员变量和非抽象方法的默认实现。可以保存状态并维护内部数据。
继承	子类只能继承一个抽象类。Kotlin 中的类继承是单一继承，抽象类提供了建立继承层次结构的方式。
抽象和非抽象成员	可以有抽象和非抽象的成员。子类必须实现抽象成员，同时继承非抽象成员。
在决定使用抽象类还是接口时，可以遵循以下指导原则：

使用抽象类：当你需要提供默认实现，或者需要在基类中维护内部状态时。
使用接口：当你需要定义一个行为契约，多个无关的类可以实现，或者你需要实现多重继承时。

同时使用抽象类和接口

在 Kotlin 中，抽象类和接口可以结合使用，以创建更加灵活的类层次结构。这样做可以让你在抽象类中包含公共成员，并通过接口定义行为契约，提供一个更具扩展性和灵活性的结构。具体类可以继承抽象类，同时根据需要实现额外的接口。

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interface Shape {
    fun calculateArea(): Double
    fun calculatePerimeter(): Double
}

abstract class AbstractShape : Shape {
    // 在这里实现形状的公共行为或属性
}

class Rectangle(private val width: Double, private val height: Double) : AbstractShape() {
    override fun calculateArea(): Double {
        return width * height
    }

    override fun calculatePerimeter(): Double {
        return 2 * (width + height)
    }
}

class Circle(private val radius: Double) : AbstractShape() {
    override fun calculateArea(): Double {
        return Math.PI * radius * radius
    }

    override fun calculatePerimeter(): Double {
        return 2 * Math.PI * radius
    }
}

解释代码

在这个例子中，我们有一个接口 Shape，其中包含两个方法：calculateArea() 和 calculatePerimeter()。抽象类 AbstractShape 实现了 Shape 接口，为不同的形状提供了一个公共基类。然后，我们有两个具体类，Rectangle 和 Circle，它们继承自 AbstractShape 并为各自的形状提供了具体的面积和周长计算实现。

通过同时使用抽象类和接口，你的代码变得更加灵活。抽象类可以封装共同的行为和状态，而接口则定义了行为的契约。这种组合使你能够设计一个易于维护和扩展

最佳实践

在考虑使用抽象类时，需要牢记一些最佳实践：

使用抽象类来定义通用的接口和行为。抽象类是为相关类定义通用接口和行为的有效工具。使用它们来封装通用功能，并为子类提供一致的结构。
避免过度使用抽象类。虽然抽象类很有用，但重要的是不要过度使用它们。只有当相关类之间明确需要通用接口和行为时才使用抽象类。否则，请考虑使用接口或组合。
可扩展性设计。设计抽象类时，请考虑它们将来如何扩展。确保类层次结构灵活，无需进行重大更改即可容纳新的子类。
提供清晰的文档。抽象类可能很复杂，因此为使用或扩展它们的开发者提供清晰的文档非常重要。务必记录类的用途、方法以及任何使用要求或限制。
考虑将接口与抽象类结合使用。抽象类和接口可以结合使用，以创建更灵活的类层次结构。考虑使用接口定义行为契约，同时使用抽象类提供通用实现并维护状态。

结论

抽象类使用关键字声明abstract。
抽象类不能直接被实例化。
抽象类的子类必须为所有抽象方法提供实现。
抽象类可以具有具有共同实现的非抽象方法。
抽象类可以作为其他抽象类的基础，从而创建继承层次结构。
抽象类促进代码的可重用性并强制相关类之间的一致结构。
抽象类可以实现接口，从而允许通过继承和接口定义的契约来组合共享行为。