자바 추상 클래스: abstract 키워드 설명

추상 클래스란

인터페이스는 상태 없이 동작을 선언합니다. 일반 클래스는 완전히 구현되어 있어 인스턴스화할 수 있습니다. 추상 클래스는 그 둘 사이에 위치합니다. 일반 클래스처럼 필드, 생성자, 완성된 메서드를 가질 수 있지만, 일부 메서드를 구현하지 않은 채 남겨둘 수도 있고 직접 인스턴스화하는 것을 금지합니다. abstract 키워드로 표시합니다.

핵심 아이디어는 서브클래스들이 공통으로 가지는 모든 것을 한곳에 모으면서, 각 서브클래스가 실제로 달라지는 부분은 직접 채우도록 강제하는 것입니다.

abstract class Animal {
    private final String name;

    Animal(String name) { this.name = name; }   // 공유 생성자

    String getName() { return name; }            // 공유된 완성 메서드

    abstract String sound();                     // 본문 없음 - 각 서브클래스가 결정
}

class Dog extends Animal {
    Dog(String name) { super(name); }
    String sound() { return "Woof"; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Dog("Rex");
        System.out.println(a.getName() + " says " + a.sound());
    }
}

Animal은 모든 서브클래스를 위해 getName()을 한 번만 정의하고, sound()를 abstract로 선언합니다. 이는 시그니처는 있지만 본문이 없는 메서드로, Dog가 반드시 제공해야 합니다.

추상 클래스는 인스턴스화할 수 없다

추상 클래스에는 완성되지 않은 메서드가 있을 수 있으므로, 그것을 직접 생성하면 불완전한 객체가 남게 됩니다. 컴파일러는 이를 거부합니다.

Animal a = new Animal("???");   // error: Animal is abstract; cannot be instantiated

항상 구체 서브클래스, 즉 모든 추상 메서드를 구현한 서브클래스를 인스턴스화합니다. 그 서브클래스 인스턴스는 추상 타입의 변수에 담을 수 있으며, 이것이 바로 추상화를 사용하는 방식입니다.

추상 메서드는 서브클래스가 결정하도록 강제한다

abstract 메서드는 서브클래스가 반드시 지켜야 할 약속입니다. 서브클래스가 그중 하나의 구현을 잊으면 그 서브클래스 자체가 추상이 되고, 컴파일러가 이를 알려줍니다. 이것이 추상 클래스의 가장 중요한 지렛대입니다. 특정 동작이 존재함을 보장하면서도 그것이 무엇을 하는지는 지시하지 않습니다.

abstract class Shape {
    abstract double area();                       // 모든 도형이 이것을 정의해야 한다

    void describe() {                             // 공유, 한 번만 작성
        System.out.printf("%s with area %.2f%n",
            getClass().getSimpleName(), area());
    }
}

class Circle extends Shape {
    private final double r;
    Circle(double r) { this.r = r; }
    double area() { return Math.PI * r * r; }
}

class Square extends Shape {
    private final double side;
    Square(double side) { this.side = side; }
    double area() { return side * side; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape[] shapes = { new Circle(2), new Square(3) };
        for (Shape s : shapes) {
            s.describe();                         // 자동으로 올바른 area() 를 호출한다
        }
    }
}

describe()는 Shape에 한 번만 작성되어 있지만, 각 서브클래스 고유의 area()를 호출합니다. 추상 클래스는 공통 골격을 제공하고, 서브클래스는 구체적인 내용을 제공합니다.

공유 상태와 생성자

전통적인 인터페이스와 달리, 추상 클래스는 인스턴스 필드를 가질 수 있고 생성자를 정의할 수 있습니다. 생성자가 단독으로 Animal이나 Shape를 만드는 일은 결코 없습니다. 서브클래스가 생성될 때 super(...)를 통해 실행되어 공유 상태를 초기화합니다.

abstract class Account {
    private double balance;

    Account(double opening) { this.balance = opening; }

    double getBalance() { return balance; }

    void deposit(double amount) { balance += amount; }

    abstract double interestRate();               // 계좌 유형마다 다르다

    void applyInterest() { balance += balance * interestRate(); }
}

class Savings extends Account {
    Savings(double opening) { super(opening); }
    double interestRate() { return 0.05; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account acc = new Savings(1000);
        acc.deposit(500);
        acc.applyInterest();
        System.out.printf("balance: %.2f%n", acc.getBalance());
    }
}

balance 필드, deposit, applyInterest는 한곳에 모여 있습니다. 실제로 달라지는 정책인 interestRate()만 추상으로 남습니다. 서브클래스의 생성자는 이 상속된 상태를 초기화하기 위해 반드시 super(...)를 호출해야 합니다.

함정: abstract와 final 섞기

abstract와 final은 정반대입니다. abstract 메서드는 오버라이드를 요구하고, final 메서드는 그것을 금지합니다. 같은 것에 두 가지를 모두 표시하거나, 추상 클래스를 final로 만드는 것은 컴파일 오류입니다. 또한 추상 클래스가 추상 메서드를 하나도 갖지 않아도 된다는 점을 기억하세요. 인스턴스화를 막기 위한 목적만으로 클래스를 abstract로 선언하는 것은 적법하며, 오로지 상속만을 의도한 기반 타입에 때때로 유용합니다.

abstract final class Bad { }        // error: abstract and final conflict

abstract class Base {
    abstract final void f();        // error: an abstract method can't be final
}

추상 클래스와 인터페이스

둘은 겹치는 부분이 있으므로, 선택은 무엇을 공유해야 하는지에 달려 있습니다.

• 추상 클래스 - 상태와 코드를 공유하는 밀접하게 관련된 클래스에 사용합니다. Savings와 Checking은 모두 Account를 상속해 balance 필드와 deposit 로직을 물려받습니다. 클래스는 하나만 상속합니다.
• 인터페이스 - 서로 관련 없는 클래스가 공유할 수 있는 기능에 사용합니다. Bird와 Airplane은 어떤 구현도 공유하지 않으면서 둘 다 Flyable이 될 수 있습니다. 클래스는 여러 개를 구현할 수 있습니다.

흔한 패턴은 둘을 결합합니다. 인터페이스가 계약을 정의하고, 추상 클래스가 상용구 코드를 구현하여, 구체 서브클래스는 고유한 부분만 채우면 됩니다.

다음: 다형성

위의 모든 예제에서 우리는 서브클래스 인스턴스를 추상 타입의 변수에 담은 뒤, 메서드를 호출하면 자동으로 서브클래스의 동작을 얻었다는 점에 주목하세요. 바로 이 한 가지 능력 — 하나의 참조 타입, 런타임에서의 여러 동작 — 이 다형성이며, 추상 클래스와 인터페이스가 진가를 발휘하게 하는 것입니다. 그것이 다음 페이지의 주제입니다.