抽象类和模板方法模式

摘要：抽象类作为多个子类的通用模板，子类在抽象类的基础上进行扩展改造，但子类总体上会大致保留抽象类的行为方式。稍微专业一点的定义就是模板方法模式，在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。

抽象类：用abstract修饰符修饰的类，如：

public abstract class GeneralService {
    
}

抽象方法：用abstract修饰符修饰的方法，抽象方法不能有方法体，如：

public abstract void service();

抽象类和抽象方法的规则如下：

必须用abstract修饰符修饰

抽象类不一定包含抽象方法，但含有抽象方法的类一定是抽象类

抽象类不能被实例化

抽象类的构造器不能用于创建对象，主要是用于被其子类调用

下面定义一个Shape抽象类：

/**
 * 定义一个抽象类，用于描述抽象概念的“形状”
 */
public abstract class Shape {

    // 形状的    颜色
    private String color;

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    // 带参构造器
    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }

    // 定义一个计算周长的抽象方法
    public abstract double calPerimeter();
}

上面的Shape类中包含了一个抽象方法calPerimeter()，所以Shape类只能是抽象类。Shape类中既包含初始化块，又包含构造器，不过这些都不是在创建Shape对象时被调用的，而是在创建其子类对象时被调用。

下面定义一个Triangle类和一个Circle类，让他们继承Shape类，并实现Shape中的抽象方法calPerimeter()。

/**
 * 定义一个三角形类，继承自形状类
 */
public class Triangle extends Shape {

    // 定义三角形的三条边
    private double a;
    private double b;
    private double c;

    public Triangle(String color, double a, double b, double c) {
        super(color);
        this.a = a;
        this.b = b;
        this.c = c;
    }

    @Override
    public double calPerimeter() {
        return a + b + c;
    }
}

/**
 * 定义一个圆形类，继承自形状类
 */
public class Circle extends Shape {

    // 定义圆的半径
    private double radius;

    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }

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

Shape（形状）类是一个抽象的概念，Triangle（三角形）类和Circle（圆形）类是Shape的具象，它们都各自实现了Shape的calPerimeter()方法，两者计算周长的公式不一样。

下面是测试类：

/**
 * 测试类
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Shape s1 = new Triangle("黄色", 3.0, 4.0, 5.0);
        Shape s2 = new Circle("红色", 3);
        System.out.println("三角形s1的颜色：" + s1.getColor() + "，周长：" + s1.calPerimeter());
        System.out.println("圆形s2的颜色：" + s2.getColor() + "，周长：" + s2.calPerimeter());
    }
}

输出结果：

三角形s1的颜色：黄色，周长：12.0
圆形s2的颜色：红色，周长：18.84955592153876

当使用abstract修饰类时，表明这个类是抽象类，只能被继承；当使用abstract修饰方法时，表明这个方法必须由其子类实现（重写）。

final修饰的类不能被继承，final修饰的方法不能被重写，因此final和abstract不能同时使用。

当使用static修饰一个方式时，表示这个方法是类方法，可以通过类直接调用而无需创建对象。但如果该方法被定义成抽象的，则将导致通过该类来调用该方法时出现错误（调用了一个没有方法体的方法肯定会引起错误），因此，static和abstract不能同时修饰某个方法。

abstract关键字修饰的方法必须由其子类重写才有意义，因此abstract方法不能定义成private访问权限，即private和abstract不能同时修饰某个方法、

抽象类是从多个具体类中抽象出来的父类，它具有更高层次的抽象，描述了一组事物的共性。

抽象类作为多个子类的通用模板，子类在抽象类的基础上进行扩展、改造，但子类总体上会大致保留抽象类的行为方式。

如果编写一个抽象父类，父类提供了多个子类的通用方法，并把一个或多个方法留给其子类去实现，这就是模板模式，是一种十分常见且简单的设计模式。

稍微专业一点的定义就是：

模板方法模式，在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

下面再介绍一个模板方法模式的范例，在这个范例中，我们把做菜这个过程分为三个步骤：

备料

烹制

装盘

这三部就是算法的骨架。然而做不同的菜，需要备的料，烹制的方法，以及如何装盘都是不同的，做不同的菜时，需要有不一样的实现。

先来写一个抽象的做菜父类，代码如下：

/**
 * 定义做菜抽象类
 */
public abstract class DodishTemplate {    
    /**
     * 模板方法，封装了做菜的算法
     * 用final关键字进行修饰，避免子类修改算法的顺序
     * 模板方法定义了一连窜的步骤，每一个步骤由一个方法代表
     */
    protected final void dodish(){
        this.preparation();
        this.doing();
        this.sabot();
    }
    
    /**
     * 备料
     */
    public abstract void preparation();
    
    /**
     * 烹制
     */
    public abstract void doing();
    
    /**
     * 装盘
     */
    public abstract void sabot();
}

下面再定义做番茄炒蛋类和做红烧肉类并实现父类中的抽象方法：

/**
 * 做番茄炒蛋类
 */
public class EggsWithTomato extends DodishTemplate{

    @Override
    public void preparation() {
        System.out.println("洗并切西红柿，打鸡蛋。");
    }

    @Override
    public void doing() {
        System.out.println("鸡蛋倒入锅里，然后倒入西红柿一起炒。");
    }

    @Override
    public void sabot() {
        System.out.println("将炒好的番茄炒蛋装入碟子里，撒上香葱。");
    }
}

/**
 * 做红烧肉类
 */
public class Bouilli extends DodishTemplate{

    @Override
    public void preparation() {
        System.out.println("切猪肉和土豆。");
    }

    @Override
    public void doing() {
        System.out.println("将切好的猪肉倒入锅中炒一会然后倒入土豆连炒带炖。");
    }

    @Override
    public void sabot() {
        System.out.println("将做好的红烧肉盛进碗里，撒上白芝麻");
    }
}

在测试类中我们来做菜：

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        DodishTemplate eggsWithTomato = new EggsWithTomato();
        eggsWithTomato.dodish();
        
        System.out.println("-----------------------------");
        
        DodishTemplate bouilli = new Bouilli();
        bouilli.dodish();
    }
}

运行结果：

洗并切西红柿，打鸡蛋。
鸡蛋倒入锅里，然后倒入西红柿一起炒。
将炒好的番茄炒蛋装入碟子里，撒上香葱。
-----------------------------
切猪肉和土豆。
将切好的猪肉倒入锅中炒一会然后倒入土豆连炒带炖。
将做好的红烧肉盛进碗里，撒上白芝麻

从这个案例我们可以看到，DodishTemplate类里定义了做菜的通用算法，而一些具体的实现细节则推迟到了其子类（EggsWithTomato和Bouilli）中。也就是说，模板方法定义了一个算法的步骤，并允许子类为一个或多个步骤提供实现。