インターフェースと抽象クラスの違い (一般的なオブジェクト指向)

オブジェクト指向プログラミング (OOP) において、インターフェースと抽象クラスは、クラス間の関係性を定義する重要な要素です。

インターフェース (Interface)

• 契約 (Contract): クラスが満たすべきメソッドやプロパティを定義する。
• 実装の強制: インターフェースを実装するクラスは、インターフェースで定義されたすべてのメンバーを具体的に実装しなければならない。
• 多重継承が可能: クラスは複数のインターフェースを実装できる。
• 例: Comparable インターフェースは、オブジェクトの比較方法を定義し、それを実装するクラスは compareTo メソッドを実装する必要がある。

抽象クラス (Abstract Class)

• 部分的な実装: 抽象クラスは、共通のコードやメソッドを定義することができ、その一部を抽象メソッドとして残すことができる。
• 継承の制限: 抽象クラスは直接インスタンス化できず、派生クラスを通じてのみ使用される。
• 単一継承: クラスは1つの抽象クラスしか継承できない。
• 例: Animal 抽象クラスは、動物共通の属性やメソッドを定義し、派生クラスである Dog や Cat は、抽象メソッドである makeSound() を具体的に実装する必要がある。

• インターフェース: 契約を定義し、実装を強制する。
• 抽象クラス: 部分的な実装を提供し、継承を制限する。

どちらを使用するか:

• インターフェース: 複数のクラスが共通の動作を共有する場合、または実装の詳細を隠す必要がある場合。
• 抽象クラス: 共通のコードやメソッドを提供し、派生クラスに共通の機能を提供する場合。

インターフェースと抽象クラスの例コードによる解説

インターフェースの例 (Java)

interface Shape {
    double getArea();
    double getPerimeter();
}

class Circle implements Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius =    radius;
    }

    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }

    @Override
    public double getPerimete   r() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
}

class Rectangle implements Shape {
    private double width;
    private double height;

    public Rectangle(double width, double    height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }

    @Override
    public double getPerimeter() {
        re   turn 2 * (width + height);
    }
}

• Shape インターフェース: 図形が持つべき共通のメソッド (面積を求める、周の長さを求める) を定義しています。
• Circle クラス: Shape インターフェースを実装し、円の面積と周の長さを計算します。

解説:

• Shape インターフェースは、図形の種類に関わらず、すべての図形が持つべき機能を定義しています。
• Circle クラスと Rectangle クラスは、それぞれ異なる図形を表していますが、Shape インターフェースで定義されたメソッドを実装することで、共通のインターフェースを持つことができます。
• このように、インターフェースは、異なるクラスに共通の動作を強制し、多様なオブジェクトを統一的に扱うことができるようにします。

抽象クラスの例 (Java)

abstract class Animal {
    public abstract void makeSound();

    public void sleep() {
        System.out.println("Sleeping...");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Woof!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println   ("Meow!");
    }
}

• Animal 抽象クラス: 動物の共通の動作 (寝る) を定義し、具体的な声を出す動作を抽象メソッド makeSound() として定義しています。
• Dog クラス と Cat クラス: Animal 抽象クラスを継承し、それぞれ具体的な声を出す方法を実装しています。

• Animal 抽象クラスは、動物の共通の属性や動作を定義し、派生クラスに共通の機能を提供します。
• Dog クラスと Cat クラスは、Animal クラスを継承することで、sleep() メソッドを自動的に継承できます。
• 抽象クラスは、共通のコードを再利用し、クラス階層を整理するのに役立ちます。

• インターフェース:
  • 契約を定義する。
  • 多重継承が可能。
  • 実装の詳細を隠すことができる。
• 抽象クラス:
  • 部分的な実装を提供する。
  • 共通のコードを再利用する。
  • クラス階層を整理する。

どちらを使用するかは、設計の意図や、クラス間の関係性によって異なります。インターフェースは、より抽象的な概念を表し、抽象クラスは、より具体的な実装を提供する傾向があります。

• 上記の例は Java で記述されていますが、他のオブジェクト指向プログラミング言語でも同様の概念が適用されます。
• インターフェースと抽象クラスは、単独で使用するだけでなく、組み合わせて使用することも可能です。例えば、抽象クラスがインターフェースを実装するといったケースがあります。

より詳しく知りたい場合は、以下のキーワードで検索してみてください。

• インターフェース vs 抽象クラス
• オブジェクト指向プログラミング
• 継承
• 多態性
• 設計パターン

インターフェースと抽象クラスの代替方法

インターフェースと抽象クラスは、オブジェクト指向プログラミングにおいて、クラス間の関係性を定義する上で非常に重要な要素ですが、これら以外にも、様々な方法でクラス間の関係性を表現することができます。

コンポジション (Composition)

• オブジェクトを組み込む: あるクラスの中に、別のクラスのオブジェクトをメンバー変数として持つことで、機能を組み込む方法です。
• 柔軟性: 実行時に、どのオブジェクトを組み込むかを変えることで、動的な振る舞いを実現できます。
• 例:

  class Car {
      private Engine engine;
  
      // ...
  }
  

  Car クラスは、Engine クラスのオブジェクトを組み込むことで、エンジンという機能を実現します。

委譲 (Delegation)

• メソッド呼び出し: あるクラスのメソッド内で、別のクラスのメソッドを呼び出すことで、機能を委譲する方法です。
• 例:

  class Car {
      private Engine engine;
  
      public void start() {
          engine.start();
      }
  }
  

  Car クラスの start() メソッドは、Engine クラスの start() メソッドを呼び出すことで、エンジンの始動機能を委譲します。

トレイト (Trait)

• 複数のクラスに機能を混入: Scala や PHP などの一部の言語でサポートされている機能で、複数のクラスに機能を混ぜ込むことができます。
• 部分的なクラス: インターフェースと抽象クラスの中間的な存在で、抽象メソッドと具体的な実装を両方持つことができます。
• 例: (Scala)

  trait Flying {
    def fly(): String
  }
  
  class Bird extends Animal with Flying {
    override def fly(): String = "I can fly"
  }
  

  Bird クラスは、Animal トレイトと Flying トレイトを混ぜ込むことで、動物としての機能と飛ぶ機能を同時に持つことができます。

プロトコル (Protocol)

• メッセージパッシング: オブジェクト間の通信をメッセージのやり取りで行う方法です。
• 例: Objective-C のプロトコル

インターフェース、抽象クラスと比較

どの方法を選ぶべきか

• インターフェース: 型の契約を明確に定義したい場合
• 抽象クラス: 共通のコードを再利用したい場合、または継承階層を構築したい場合
• コンポジション: オブジェクトを柔軟に組み合わせて新しい機能を作りたい場合
• 委譲: 行動を動的に変更したい場合
• トレイト: 複数のクラスに機能を混入したい場合
• プロトコル: オブジェクト間の通信をメッセージパッシングで行いたい場合

選択のポイント:

• 設計の目的: 何を実現したいのか
• 柔軟性: どの程度動的に変更したいのか
• 再利用性: どの程度コードを再利用したいのか
• 言語のサポート: 使用するプログラミング言語がどの機能をサポートしているか

インターフェースと抽象クラス以外にも、様々な方法でクラス間の関係性を表現することができます。それぞれの方法には特徴があり、設計の目的に合わせて適切な方法を選択することが重要です。

• 上記以外にも、ミックスイン、ジェネリクスなど、様々な概念が関係してきます。
• それぞれの方法のメリット・デメリットを深く理解し、設計に活かしましょう。

• オブジェクト指向設計パターン
• デザインパターン
• コンポジション vs 継承
• トレイト
• プロトコル