Lekce 11: Rozhraní a abstraktní třídy v C# – Budování flexibilních struktur

V objektově orientovaném programování (OOP) v jazyce C# se často setkáváme s potřebou vytvořit struktury, které sdílejí společné vlastnosti a chování, ale liší se v konkrétní implementaci. Rozhraní (interfaces) a abstraktní třídy jsou klíčovými nástroji, které nám umožňují dosáhnout tohoto cíle. Pomocí nich lze vytvořit flexibilní a rozšiřitelné kódy, které snadno zvládají změny a přidávání nových funkcí bez nutnosti velkých úprav. Tato lekce se zaměřuje na rozdíly mezi rozhraními a abstraktními třídami a ukazuje, jak a kdy je používat.

Co je rozhraní?

Rozhraní je konstrukce, která definuje sadu metod a vlastností bez implementace. Třída, která implementuje rozhraní, musí poskytnout konkrétní implementaci těchto metod a vlastností. Rozhraní jsou vhodná pro situace, kdy potřebujeme, aby různé třídy sdílely stejnou sadu metod, aniž bychom je vázali na konkrétní implementaci.

Deklarace rozhraní

Rozhraní deklarujeme pomocí klíčového slova interface. Rozhraní obsahuje pouze deklarace metod a vlastností, ale neobsahuje žádný kód uvnitř metod. Všechny metody a vlastnosti jsou implicitně public a nemohou mít žádnou jinou úroveň přístupu.

public interface IZvire
{
    void Zvuk();  // Deklarace metody
    string Jmeno { get; set; }  // Deklarace vlastnosti
}

Zde jsme vytvořili rozhraní IZvire s metodou Zvuk a vlastností Jmeno. Každá třída, která toto rozhraní implementuje, bude muset poskytnout konkrétní implementaci metody Zvuk a vlastnosti Jmeno.

Implementace rozhraní

Když třída implementuje rozhraní, musí poskytnout implementaci všech metod a vlastností definovaných v rozhraní. K tomu se používá klíčové slovo : (dvojtečka).

public class Pes : IZvire
{
    public string Jmeno { get; set; }

    public void Zvuk()
    {
        Console.WriteLine("Pes štěká");
    }
}

V tomto příkladu třída Pes implementuje rozhraní IZvire. Poskytuje implementaci metody Zvuk a vlastnosti Jmeno.

Výhody rozhraní

Rozhraní poskytují vysokou míru flexibility a rozšiřitelnosti. Pomocí rozhraní lze dosáhnout polymorfismu, což znamená, že různé třídy implementující stejné rozhraní mohou být používány zaměnitelně.

public void ZahrajZvuk(IZvire zvire)
{
    zvire.Zvuk();
}

Do metody ZahrajZvuk můžeme předat jakýkoli objekt, který implementuje IZvire, což nám umožňuje volat metodu Zvuk na různých třídách, aniž bychom znali jejich konkrétní typ.

Abstraktní třídy

Abstraktní třída je třída, která nelze přímo instancovat a která může obsahovat jak metody s implementací, tak abstraktní metody (tj. metody bez implementace). Abstraktní třídy jsou vhodné v případech, kdy potřebujeme společné chování pro různé třídy a některé metody mají standardní implementaci, zatímco jiné musí být specifikovány v odvozených třídách.

Deklarace abstraktní třídy

Abstraktní třída se deklaruje pomocí klíčového slova abstract a může obsahovat abstraktní i neabstraktní (s implementací) metody.

public abstract class Zvire
{
    public string Jmeno { get; set; }

    public void PredstavSe()
    {
        Console.WriteLine($"Jsem {Jmeno}");
    }

    public abstract void Zvuk();
}

V tomto příkladu obsahuje abstraktní třída Zvire vlastnost Jmeno, metodu PredstavSe (která má implementaci) a abstraktní metodu Zvuk, kterou musí definovat odvozené třídy.

Dědičnost a implementace abstraktní třídy

Třída, která dědí od abstraktní třídy, musí implementovat všechny abstraktní metody.

public class Kocka : Zvire
{
    public override void Zvuk()
    {
        Console.WriteLine("Kočka mňouká");
    }
}

V tomto případě třída Kocka dědí od abstraktní třídy Zvire a poskytuje implementaci pro metodu Zvuk. Nyní můžeme vytvořit objekt Kocka a volat na něm metody z abstraktní třídy Zvire.

Kocka mojeKocka = new Kocka { Jmeno = "Micka" };
mojeKocka.PredstavSe();  // Výstup: Jsem Micka
mojeKocka.Zvuk();        // Výstup: Kočka mňouká

Rozdíly mezi rozhraními a abstraktními třídami

Rozhodování mezi rozhraním a abstraktní třídou

Rozhraní a abstraktní třídy mají rozdílné účely a volba mezi nimi závisí na tom, co chceme dosáhnout:

• Použijte rozhraní, pokud chcete zajistit, aby různé třídy implementovaly společné metody bez ohledu na jejich dědičné vztahy.
• Použijte abstraktní třídu, pokud chcete definovat společné chování, které budou sdílet všechny odvozené třídy, a pokud zároveň chcete poskytnout nějakou výchozí implementaci.

Například, pokud máme aplikaci pro správu zvířat a potřebujeme, aby všechny typy zvířat implementovaly metodu Zvuk, použijeme rozhraní IZvire. Pokud ale potřebujeme, aby všechna zvířata sdílela vlastnost Jmeno a metodu PredstavSe, kterou budou mít společnou, použijeme abstraktní třídu Zvire.

Příklad kombinace rozhraní a abstraktní třídy

Můžeme také využít kombinaci obou technik, kdy třída implementuje rozhraní a zároveň dědí z abstraktní třídy.

public interface IOplodeni
{
    void Rozmnozovani();
}

public abstract class Zvire
{
    public string Jmeno { get; set; }

    public abstract void Zvuk();
}

public class Pes : Zvire, IOplodeni
{
    public override void Zvuk()
    {
        Console.WriteLine("Pes štěká");
    }

    public void Rozmnozovani()
    {
        Console.WriteLine("Pes se rozmnožuje pohlavně");
    }
}

V tomto příkladu Pes dědí od abstraktní třídy Zvire a zároveň implementuje rozhraní IOplodeni. Díky tomu má všechny metody a vlastnosti definované jak v třídě Zvire, tak v rozhraní IOplodeni.

Pes mujPes = new Pes { Jmeno = "Alik" };
mujPes.Zvuk();           // Výstup: Pes štěká
mujPes.Rozmnozovani();    // Výstup: Pes se rozmnožuje pohlavně

Shrnutí a výhody použití rozhraní a abstraktních tříd

Rozhraní a abstraktní třídy jsou základními stavebními kameny flexibilních objektově orientovaných systémůRozhraní a abstraktní třídy jsou klíčové nástroje objektově orientovaného programování, které umožňují vytvořit strukturovaný, přehledný a flexibilní kód. Rozhraní definuje pouze metody a vlastnosti, které třída musí implementovat, zatímco abstraktní třída může obsahovat konkrétní implementace některých metod. Rozhraní je vhodné, když chceme, aby různé třídy sdílely stejnou strukturu metod, ale implementace byla jedinečná. Abstraktní třída naopak umožňuje vytvořit základ, který se dědí, ale s možností vlastní implementace pro specifické metody.

Například při vytváření aplikace pro správu zvířat můžeme použít abstraktní třídu Zvire, která bude obsahovat vlastnost Jmeno a společnou metodu PredstavSe. Pokud by každé zvíře mělo svůj způsob zvuku, metoda Zvuk by byla abstraktní a musela by být implementována specificky pro každé zvíře, jako je Pes nebo Kocka.

Rozhraní jako IZvire pak můžeme použít, pokud bychom chtěli, aby všechny třídy obsahovaly určitý typ chování (například Rozmnozovani). Tento přístup nám pomůže tvořit kód, který je snáze rozšiřitelný a udržovatelný.