[C#] 抽象(abstract)クラスを理解する

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2024年9月1日

C#でオブジェクト指向プログラミングを学ぶ上で、抽象クラス（abstract class）は非常に重要な概念です。抽象クラスを理解し、適切に使用することで、コードの再利用性や拡張性を大幅に向上させることができます。この記事では、C#における抽象クラスの基本から応用まで、具体的な例を交えて詳しく解説します。

抽象クラスとは

抽象クラスは、直接インスタンス化することができないクラスです。主に以下の目的で使用されます：

共通の機能を持つ複数のクラスの基底クラスとして機能する
派生クラスで必ず実装すべきメソッドを定義する
一部の機能を実装し、一部を派生クラスに任せる

抽象クラスは abstract キーワードを使用して宣言します。

public abstract class Shape
{
    // クラスの内容
}

抽象クラスの特徴

インスタンス化できない：抽象クラスは直接インスタンス化できません。
抽象メソッドと具象メソッドの混在：抽象メソッド（実装を持たないメソッド）と具象メソッド（実装を持つメソッド）の両方を含むことができます。
継承可能：他のクラスが抽象クラスを継承できます。
コンストラクタを持てる：抽象クラスでもコンストラクタを定義できます。

抽象クラスの使用例

具体的な例を通じて、抽象クラスの使い方を見ていきましょう。ここでは、形状（Shape）を表す抽象クラスとその派生クラスを作成します。

public abstract class Shape
{
    public string Color { get; set; }

    // 抽象メソッド（派生クラスで必ず実装する必要がある）
    public abstract double CalculateArea();

    // 具象メソッド（共通の実装を提供）
    public virtual void DisplayInfo()
    {
        Console.WriteLine($"This shape is {Color}.");
    }

    // コンストラクタ
    protected Shape(string color)
    {
        Color = color;
    }
}

// 円を表す具象クラス
public class Circle : Shape
{
    public double Radius { get; set; }

    public Circle(double radius, string color) : base(color)
    {
        Radius = radius;
    }

    // 抽象メソッドの実装
    public override double CalculateArea()
    {
        return Math.PI * Radius * Radius;
    }

    // 具象メソッドのオーバーライド
    public override void DisplayInfo()
    {
        base.DisplayInfo();
        Console.WriteLine($"It's a circle with radius {Radius}.");
    }
}

// 四角形を表す具象クラス
public class Rectangle : Shape
{
    public double Width { get; set; }
    public double Height { get; set; }

    public Rectangle(double width, double height, string color) : base(color)
    {
        Width = width;
        Height = height;
    }

    // 抽象メソッドの実装
    public override double CalculateArea()
    {
        return Width * Height;
    }

    // 具象メソッドのオーバーライド
    public override void DisplayInfo()
    {
        base.DisplayInfo();
        Console.WriteLine($"It's a rectangle with width {Width} and height {Height}.");
    }
}

この例では、Shape 抽象クラスが以下の要素を持っています：

Color プロパティ：すべての形状に共通
CalculateArea() 抽象メソッド：各形状で異なる計算方法
DisplayInfo() 仮想メソッド：共通の実装を提供しつつ、オーバーライド可能
コンストラクタ：色を設定

Circle と Rectangle クラスは Shape を継承し、必要なメソッドを実装しています。

抽象クラスの使用

抽象クラスを使用する例を見てみましょう：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // Shape shape = new Shape("Red"); // これはエラーになります（抽象クラスはインスタンス化できない）

        Shape circle = new Circle(5, "Blue");
        Shape rectangle = new Rectangle(4, 6, "Green");

        Console.WriteLine("Circle:");
        circle.DisplayInfo();
        Console.WriteLine($"Area: {circle.CalculateArea()}");

        Console.WriteLine("\nRectangle:");
        rectangle.DisplayInfo();
        Console.WriteLine($"Area: {rectangle.CalculateArea()}");
    }
}

このコードを実行すると、以下のような出力が得られます：

Circle:
This shape is Blue.
It's a circle with radius 5.
Area: 78.53981633974483

Rectangle:
This shape is Green.
It's a rectangle with width 4 and height 6.
Area: 24