抽象類別與方法

1. 前言

抽象類別 就是你不能直接用 new 來 new 出來的類別。它的目的是讓你拿來當基底，讓其他更具體的類別去繼承。你可以把它想像成一個「模板」或「藍圖」，它定義了所有子類別都該有的結構和行為，但細節就交給子類別自己決定。

舉個例子比較好懂：想像你有個「交通工具」的概念。現實世界沒有人真的在「交通工具」上移動（除非你在腦內小劇場）。有人開車、有人坐船、有人搭飛機。抽象類別就是你的「交通工具」藍圖，它規定每個交通工具都要有移動的能力（Move），但怎麼移動就要子類別自己決定啦。

// 抽象類別範例
public abstract class Transport
{
    public string Model { get; set; }

    // 抽象方法 — 沒有實作
    public abstract void Move();
}

你如果想 new 一個 Transport 物件，編譯器會直接報錯！你可以試試看，編譯器會直接兇你：「不能建立抽象類別的實例」。

什麼時候要用抽象類別？

• 想把不同但類似的物件的共通特徵和行為集中在一個地方。
• 想要定義一個「統一規範」：比如「所有子類都要會移動」。
• 有些方法可以寫共用邏輯，但有些細節要讓子類自己決定。

抽象類別超適合拿來設計大型系統的架構，當你有一堆共通「功能」但細節要讓每個子類自己搞定時，抽象類別就是你的好朋友。

2. 抽象類別 vs 一般類別

這裡常常會有疑問，所以我們來幫你整理一下！

抽象類別 vs 一般類別

• 一般類別 可以直接用 new 建立，也可以有全部已經寫好的方法。
• 抽象類別：
  • 不能直接 new（類別宣告要加 abstract）
  • 可以有已經寫好的方法，也可以有抽象（沒內容）的 method
  • 可以有欄位、屬性、建構子，甚至 static 方法

public abstract class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    public void Sleep()
    {
        Console.WriteLine("動物在睡覺！");
    }

    public abstract void MakeSound();
}

3. 抽象方法與屬性

抽象方法

抽象方法就是在抽象類別裡宣告，但沒有內容（沒實作）。子類一定要自己實作這個方法。

public abstract class Animal
{
    public string Name { get; set; }

    // 抽象方法
    public abstract void MakeSound();
}

抽象屬性

你也可以宣告抽象屬性，這樣所有子類都必須自己實作它：

public abstract class Shape
{
    // 抽象屬性
    public abstract double Area { get; }
}

4. 繼承抽象類別

抽象類別可以有抽象方法，也可以有已經寫好的方法。子類一定要實作所有抽象方法和屬性，不然它自己也會變成抽象類別。

我們來延伸一下之前「動物 app」的例子：

public abstract class Animal
{
    public string Name { get; set; }

    public void Sleep()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 睡得很香！");
    }

    public abstract void MakeSound();
}

現在來寫一個一般（非抽象）類別：

public class Dog : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 說：汪！");
    }
}

你如果不實作 MakeSound()，編譯器就會報錯。

圖解：有抽象類別的類別繼承結構

+---------------------+
|   Animal (abstract) |
+---------------------+
| Name: string        |
| + Sleep()           |
| + MakeSound()*      |
+---------------------+
         ^
         |
  +------+-------+
  |              |
 Dog            Cat

* MakeSound() — 抽象方法

5. 多型實戰：抽象化怎麼用在實務上

我們來玩玩看這些東西在小 app 裡怎麼用。假設你有一個動物清單，裡面有狗跟貓。

List<Animal> animals = new List<Animal>
{
    new Dog { Name = "Sharik" },
    new Cat { Name = "Barsik" }
};

foreach (var animal in animals)
{
    animal.MakeSound(); // 多型呼叫：會跑自己那個
    animal.Sleep();     // 呼叫基底類別已經寫好的方法
}

Cat 類別也差不多這樣寫：

public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 說：喵！");
    }
}

實務上的好處

抽象類別在大型 app 架構裡超常見。比如說，繪圖軟體通常會有個抽象類別 Shape，裡面有 Draw() 方法和 Area 屬性。各種圖形（像是矩形、圓形）就自己實作這些抽象方法。這樣你就可以一直加新圖形，不用重寫整個程式邏輯。

6. 抽象類別的特點與限制

不能 new 實例

編譯器絕對不讓你這樣搞：

Animal a = new Animal(); // 錯誤！

只有子類（具體類別）才能 new。

抽象類別可以包含：

• 抽象方法宣告（沒實作）
• 已實作的方法（有內容）
• 屬性和欄位（抽象或已實作都行）
• 建構子 — 沒錯，抽象類別可以有建構子，但只能被子類呼叫，不能直接 new。

抽象類別支援繼承

你可以設計一整串抽象類別的繼承結構：

public abstract class Creature
{
    public abstract void Live();
}

public abstract class Animal : Creature
{
    public abstract override void Live();
    public abstract void MakeSound();
}

如果繼承鏈上有類別沒實作所有抽象方法，它自己也要標成抽象類別！

7. 抽象類別與建構子

抽象類別可以有建構子，這些建構子會在子類的建構子裡被呼叫。
重點： 抽象類別的建構子通常會宣告成 protected，這樣就很明顯是給子類用的，不能直接 new。

public abstract class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    
    // 建構子宣告成 protected
    protected Animal(string name)
    {
        Name = name;
        Console.WriteLine($"建立了一隻叫 {name} 的動物");
    }
    
    public abstract void MakeSound();
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name)
    {
        // base(name) 會呼叫 Animal 的建構子
        Console.WriteLine("建立了一隻狗");
    }

    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 說：汪！");
    }
}

為什麼要用 protected 建構子？

• 意圖明確： protected 很明顯就是給子類用
• 防止誤用： 雖然編譯器本來就不讓你 new，但 protected 建構子讓 API 更清楚，完全不會誤會
• 好習慣： 遵守封裝和 API 清晰的原則

你也可以在抽象類別裡用 public 建構子，但 protected 更貼近它的用途。

8. 抽象方法 vs virtual 方法

抽象方法其實就是 virtual 方法的一種（雖然不用寫 virtual），但不能有內容。如果你想讓子類可以改寫（但不是一定要），就用 virtual。如果一定要，就只能用 abstract。

public abstract class Worker
{
    // 每個人都要實作
    public abstract void Work();

    // 可以改寫，也可以用預設
    public virtual void Rest()
    {
        Console.WriteLine("標準休息！");
    }
}

9. 抽象類別在你的專案裡怎麼用

我們繼續進化我們的學習 app。這次來做一個抽象類別，專門處理使用者輸入（比如不同型態的表單）。

public abstract class InputForm
{
    public string Title { get; set; }

    // 抽象方法，負責處理輸入流程
    public abstract void ShowAndHandleInput();
}

public class LoginForm : InputForm
{
    public override void ShowAndHandleInput()
    {
        Console.WriteLine($"=== {Title} ===");
        Console.Write("請輸入帳號：");
        string login = Console.ReadLine();
        Console.Write("請輸入密碼：");
        string password = Console.ReadLine();
        Console.WriteLine("驗證完成！");
    }
}

public class RegistrationForm : InputForm
{
    public override void ShowAndHandleInput()
    {
        Console.WriteLine($"=== {Title} ===");
        Console.Write("請設定帳號：");
        string login = Console.ReadLine();
        Console.Write("請設定密碼：");
        string password = Console.ReadLine();
        Console.WriteLine("註冊完成！");
    }
}

怎麼用：

InputForm[] forms = new InputForm[]
{
    new LoginForm { Title = "登入" },
    new RegistrationForm { Title = "註冊" }
};

foreach (var form in forms)
{
    form.ShowAndHandleInput();
}

這種寫法在你的程式越來越大時會越有感。抽象類別是打造可擴充系統的好基礎，DRY 跟 SOLID（不要重複自己、寫模組化、好擴充）就是你的好夥伴。

10. 用抽象類別和方法常見的錯誤

錯誤一：忘記實作抽象方法。
如果子類沒實作所有抽象方法和屬性，編譯器就會報錯。這很常發生，尤其是接手別人寫的 code 或是類別很多的時候。記得檢查有沒有漏掉什麼重要的。

錯誤二：想把方法同時標成 abstract 和 static。
這樣不行。抽象方法是給實例用的，static 根本不需要實例。這兩個概念互相衝突，編譯器直接不讓你過。

錯誤三：「偷懶」不想實作所有抽象成員。
你如果不想全部都實作，就只能把類別也標成 abstract。這不算錯，但可能代表你的架構有點亂。有時候可以把部分實作拉到中間的抽象類別，讓子類比較輕鬆。