C#のabstract classとは？インターフェイスについても併せて解説！

C#
プログラミング言語

公開日時: 2021-04-19 　更新日時: 2022-06-01

この記事でわかること

システム エンジニア: C#のabstractclassはとても難しいですね。

プロジェクト マネージャー: そうかもしれませんが、C#のabstractclassを知ると、オブジェクト指向についての理解も深まりますよ。

C#のabstract classとは？

C#のabstract classは抽象クラスを宣言するためのキーワードです。抽象クラスには以下のような特徴があります。

１．抽象クラスはインスタンス化できない（newできない）
２．抽象クラスは抽象メソッドや抽象アクセサを記述できる
３．abstract classとsealedは矛盾するため併用できない
４．抽象クラスから派生した普通のクラスは、全ての抽象メソッドとアクセサを、オーバーライドして実装する必要がある

abstract classの特徴

上のabstract classの4つの特徴を実例で説明しましょう。以下のC#のサンプルをご覧ください。

sealed abstract class Animal
{
        public abstract void Walk();
}

class Dog : Animal
{
}

public static void Main()
{
    Animal a = new Animal();
}

sealed abstract class Animal

{

public abstract void Walk();

}

class Dog : Animal

{

}

public static void Main()

{

Animal a = new Animal();

}

abstract classの制約

上のC#サンプルは複数のエラーが出ます。まずMainメソッドの「Animal a = new Animal();」でAnimalのインスタンスを生成できないというエラーになります。また「sealed abstract class Animal」で、抽象クラスには派生を禁じるsealedは使用できないというエラーになります。

またsealedを消しても、「class Dog : Animal」で継承抽象メンバーのWalk()を実装していないというエラーになります。

修正版のサンプル

上のエラーを解消したC#サンプルが以下になります。

abstract class Animal
{
    public abstract void Walk();
}

class Dog : Animal
{
    public override void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“犬が歩く。”);
    }

}

public static void Main()
{
    Animal a = new Dog();
    a.Walk();
}

abstract class Animal

{

public abstract void Walk();

}

class Dog : Animal

{

public override void Walk()

{

Console.WriteLine(“犬が歩く。”);

}

public static void Main()

{

Animal a = new Dog();

a.Walk();

}

実行結果は以下になります。

犬が歩く。

抽象メソッドについて

上のC#サンプルのAnimalには「public abstract void Walk()」という空のメソッドがあります。これを抽象メソッドと言います。抽象メソッドは抽象クラスのみに実装できるので、クラスの宣言にabstractが無いとエラーになります。

抽象クラスを拡張したクラスでは、抽象クラスの抽象メソッドをoverrideを付けて同名で実装することが強制されます。この仕様は何のためにあるのでしょうか。

抽象メソッドの用途

抽象メソッドは以下のC#サンプルのようなことを実現するためにあります。

abstract class Animal
{
    public abstract void Walk();
}

class Dog : Animal
{
    public override void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“犬が歩く。”);
    }
}

class Cat : Animal
{
    public override void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“猫が歩く。”);
    }
}

public static void Main()
{
    var l = new List<Animal>();
    l.Add(new Dog());
    l.Add(new Cat());
    foreach(Animal a in l)
    {
        a.Walk();
    }        
}

abstract class Animal

{

public abstract void Walk();

}

class Dog : Animal

{

public override void Walk()

{

Console.WriteLine(“犬が歩く。”);

}

class Cat : Animal

{

public override void Walk()

{

Console.WriteLine(“猫が歩く。”);

}

public static void Main()

{

var l = new List<Animal>();

l.Add(new Dog());

l.Add(new Cat());

foreach(Animal a in l)

{

a.Walk();

}

抽象メソッドによりポリモーフィズムを実現できる

上のC#サンプルには抽象クラスのAnimalを拡張したDogクラスとCatクラスがあります。MainメソッドでAnimal型のListを宣言し、それにDogとCatを生成して追加しています。DogとCatの親クラスがAnimalのためこれが可能になります。

そしてforeachループでListの中のインスタンスのWalkメソッドを呼び出しています。Walkメソッドの実装が強制されているからこれが可能になるのです。このようなやり方は「ポリモーフィズム」と呼ばれ、オブジェクト指向の重要な要素となっています。

実行結果は以下になります。

犬が歩く。
猫が歩く。

インターフェイスについて

C#には抽象クラスに似た機能でインターフェイスがあります。上のサンプルのAnimal、Dog、Catを以下のように変更しても、全く同じように動作します。

interface Animal
{
    public void Walk();
}

class Dog : Animal
{
    public void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“犬が歩く。”);
    }
}

class Cat : Animal
{
    public void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“猫が歩く。”);
    }
}

interface Animal

{

public void Walk();

}

class Dog : Animal

{

public void Walk()

{

Console.WriteLine(“犬が歩く。”);

}

class Cat : Animal

{

public void Walk()

{

Console.WriteLine(“猫が歩く。”);

}

インターフェイスのメリット

抽象クラスとインターフェイスはどう使い分ければよいのでしょうか。それをするにはまず、それぞれの違いを知ることが必要です。インターフェイスにあって抽象クラスに無い機能については、インターフェイスは以下のように複数を実装することができます。

interface Animal
{
    public void Walk();
}

interface Wing
{
    public void Fly();
}

class Bat : Animal,Wing
{
    public void Walk()
    {
        Console.WriteLine(“コウモリが歩く。”);
    }

    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine(“コウモリが飛ぶ。”);
    }
}

interface Animal

{

public void Walk();

}

interface Wing

{

public void Fly();

}

class Bat : Animal,Wing

{

public void Walk()

{

Console.WriteLine(“コウモリが歩く。”);

}

public void Fly()

{

Console.WriteLine(“コウモリが飛ぶ。”);

}

インターフェイスにかつてあった制約

C#は多重継承ができないため、複数の抽象クラスを親に持つことはできません。そうであれば、常に抽象クラスよりインターフェイスを使った方が良いのでしょうか。しかしインターフェイスには抽象クラスと比べて、C# 8.0以前では以下のような制約がありました。

・フィールドを持つことが出来ない。
・インターフェイスのメソッドは全て抽象メソッドにしなければならず、実装を持てない
・メンバーは全てpublic扱いで、privateなどにできない
・staticな静的メンバーを持つことが出来ない

C# 8.0以降のインターフェイス

ところがC# 8.0からは上記のようなインターフェイスの制約は撤廃されました。C# 8.0からはインターフェイスで以下のようなことができます。

interface Animal
{
    private static String animal_j = “動物”;

    private void Disp_Str()
    {
        Console.WriteLine(animal_j + “が歩く。”);
    }
    public void Walk()
    {
        Disp_Str();
    }
}

class Dog : Animal
{
}

public static void Main()
{
    Animal a = new Dog();
    a.Walk();
}

interface Animal

{

private static String animal_j = “動物”;

private void Disp_Str()

{

Console.WriteLine(animal_j + “が歩く。”);

}

public void Walk()

{

Disp_Str();

}

class Dog : Animal

{

}

public static void Main()

{

Animal a = new Dog();

a.Walk();

}

機能が強化されたインターフェイス

上のC#サンプルを実行すると、以下のように表示されます。

動物が歩く。

DogクラスにはWalkメソッドが無いので、インターフェイスで実装したWalkの処理が呼ばれています。インターフェイスではC# 8.0以前ではできなかったstaticなフィールドやprivateもこのように利用できます。

ただしstaticではない動的なフィールドは、C# 8.0以降のインターフェイスでも持つことはできません。抽象クラスのインターフェイスに対する優位性は、動的なフィールドを持てることだけになったと言えます。

システム エンジニア: なるほど。C#のabstractclassを知ることで、オブジェクト指向についての理解も深まりそうですね。

プロジェクト マネージャー: その通りです。しっかり理解して、活用してください。

C#のabstract classを使いこなそう

C#のabstract classについて解説しましたが、ご理解頂けましたでしょうか。

似た機能を持つインターフェイスも併せて紹介しましたが、開発現場においては抽象クラスよりインターフェイスの方が相応しいケースが多いと思われます。抽象クラスの使い道は抽象的な親クラスを1つだけ持たせたい時に限りますが、それが必要な時は是非活用しましょう。

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