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Abstrakte Klassen

Kurz gesagt: Eine abstrakte Klasse ist eine Basisklasse, von der man keine Objekte erzeugt; ihre abstrakten Methoden haben keinen Rumpf, und jede Unterklasse muss sie schreiben.

Problem

Null Quadratmeter

Du schreibst ein Programm, das Fliesen für eine Terrasse bestellt. Die Terrasse hat drei Teile: ein Rechteck von 4 × 3 m, einen runden Teil mit 1 m Radius und ein Dreieck mit 2 m Grundseite und 3 m Höhe. Es gibt eine Basisklasse Shape mit area(), die 0 zurückgibt, und jede Figur überschreibt sie.

Der Kollege, der Triangle geschrieben hat, hat es vergessen:

class Triangle extends Shape {
    private double base;
    private double height;


    public Triangle(double base, double height) {
        this.base = base;
        this.height = height;
    }
}
Shape[] terrace = { new Rectangle(4, 3), new Circle(1), new Triangle(2, 3) };
double total = 0;
for (Shape s : terrace) {
    total += s.area();
}
System.out.printf("Fliesen: %.2f m²%n", total);
Ausgabe
Fliesen: 15.14 m²

Du brauchst 18.14 m². Das Programm meldet keinen Fehler, und der Bestellung fehlen 3 m². Die Null der Basisklasse hat die fehlende Methode versteckt.

Und was ist new Shape()? Eine Figur ohne Form. So ein Objekt hat keinen Grund zu existieren.

Die Idee

Abstrakte Klasse: ein Versprechen, das die Unterklassen halten

Shape ist keine echte Figur. Sie sagt nur „jede Figur hat eine Fläche“. Also mach sie abstrakt:

abstract class Shape {
    public abstract double area();
}
  • Eine abstrakte Methode hat keinen Rumpf, nur einen Kopf und ;. Einer „Figur im Allgemeinen“ kannst du keine sinnvolle Fläche geben, also gibst du keine.
  • Eine abstrakte Klasse kann keine Objekte haben: new Shape() lässt sich nicht kompilieren.
  • Jede Unterklasse muss die Methode schreiben. Sonst lässt sich das Programm nicht kompilieren.

Jetzt gibt das vergessene Triangle schon beim Kompilieren einen Fehler:

„Triangle is not abstract and does not override abstract method area() in Shape“.

Ein Fehler, den der Compiler findet, ist besser als ein Fehler in der Bestellung.
Genauer, für Neugierige
  • Eine Unterklasse, die die abstrakte Methode nicht schreibt, kann selbst abstrakt sein. Dann geht das Versprechen an ihre eigenen Unterklassen weiter.
  • Eine Klasse kann abstrakt sein, ohne eine einzige abstrakte Methode. So verbietest du nur Objekte von ihr.

Sieh es dir an

Das Dreieck hält das Versprechen

Füg die Methode zu Triangle hinzu:

class Triangle extends Shape {
    // ... base, height und der Konstruktor


    @Override
    public double area() {
        return base * height / 2;
    }
}
Shape[] terrace = { new Rectangle(4, 3), new Circle(1), new Triangle(2, 3) };
double total = 0;
for (Shape s : terrace) {
    total += s.area();
}
System.out.printf("Fliesen: %.2f m²%n", total);
Ausgabe
Fliesen: 18.14 m²

Die Schleife ist dieselbe. Das Array Shape[] enthält Figuren aus drei Klassen, und s.area() ruft die Methode jeder einzelnen auf. Die Polymorphie aus der letzten Lektion funktioniert auch mit einer abstrakten Basisklasse.

Probier es aus

Finde den Fehler

Nur eine Zeile lässt sich nicht kompilieren. Welche?

Wähle die Zeile mit dem Fehler.

Die Idee

Abstrakt, aber nicht leer

Eine abstrakte Klasse kann alles haben, was eine normale hat: Felder, einen Konstruktor, normale Methoden. Jede Figur soll einen Namen und eine Methode haben, die sie beschreibt:

abstract class Shape {
    private String name;


    public Shape(String name) {
        this.name = name;
    }


    public abstract double area();


    public String describe() {
        return name + ": " + String.format("%.2f", area()) + " m²";
    }
}

describe() wird einmal geschrieben, in Shape. Sie ruft area() auf, die Shape noch nicht hat. Das ist kein Problem: describe() wird immer auf einer echten Figur aufgerufen, und eine echte Figur hat eine Fläche.

Von Shape erzeugst du keine Objekte, aber ihr Konstruktor ist nützlich: Die Unterklassen rufen ihn auf.

class Circle extends Shape {
    private double radius;


    public Circle(double radius) {
        super("Kreis");
        this.radius = radius;
    }
    // ... area() wie vorher
}
Shape[] terrace = { new Rectangle(4, 3), new Circle(1), new Triangle(2, 3) };
for (Shape s : terrace) {
    System.out.println(s.describe());
}
Ausgabe
Rechteck: 12.00 m²
Kreis: 3.14 m²
Dreieck: 3.00 m²

Die Basisklasse schreibt das Gemeinsame (den Namen, die Beschreibung), und die Unterklassen schreiben das Unterschiedliche (die Fläche).

public abstract double area();


public String describe() {
    return name + ": " + String.format("%.2f", area()) + " m²";
}


Shape s = new Circle(1);
System.out.println(s.describe());
Schritt für Schritt, in Worten
  1. Shape verspricht area(), hat aber keinen Rumpf. Es kann kein Objekt geben, das nur eine Shape ist.
  2. Das Objekt ist ein Kreis: Der Teil von Circle hat sein eigenes area(). Er hält das Versprechen.
  3. s.describe() ist in Shape geschrieben und funktioniert für jede Figur.
  4. Sie ruft area() auf. Das Objekt ist ein Kreis, also läuft die Methode von Circle: π · 1 · 1.
  5. describe() setzt den Text zusammen. Das Gemeinsame steht in der Basisklasse, das Unterschiedliche in der Unterklasse.
  6. Die Ausgabe ist die Fläche des Kreises, mit zwei Nachkommastellen.

Probier es aus

Wessen Methode?

Was gibt das Programm aus?

// Shape und Circle sind aus der Karte oben


Shape s = new Circle(2);
System.out.println(s.describe());
Antwort

Probier es aus

Was fehlt?

Was muss in die Lücke, damit man kein Objekt von Shape erzeugen kann?

 class Shape {
    public abstract double area();
}

Übung

Figuren und Tiere

Löse die Aufgaben in deinem Editor.

1. Fläche und Umfang. Eine abstrakte Klasse Shape mit einem Namen und zwei abstrakten Methoden: area() und perimeter(). Unterklassen Circle (Radius) und Rectangle (Breite und Höhe). Leg einen Kreis mit Radius 5 und ein Rechteck von 4 × 2.5 in ein Array und gib beide Werte mit zwei Nachkommastellen aus.

Ausgabe
Kreis: Fläche 78.54, Umfang 31.42
Rechteck: Fläche 10.00, Umfang 13.00

2. Tiere. Eine abstrakte Klasse Animal mit einer abstrakten Methode sound() und einer normalen Methode breathe(), die „Das Tier atmet.“ ausgibt. Unterklassen Cat und Dog. Ruf in einer Schleife den Laut beider auf, dann breathe() auf dem ersten.

Ausgabe
Miau, miau!
Wau, wau!
Das Tier atmet.

Übung

Fahrzeuge und Auftritte

3. Fahrzeuge. Eine abstrakte Klasse Vehicle mit einer abstrakten Methode move(). SimpleCar und Bicycle erben von ihr. Bicycle hat außerdem eine eigene Methode pedal().

Ausgabe
Das Auto fährt los
Das Fahrrad fährt los
Ich trete in die Pedale
Versuch garage[1].pedal(). Warum lässt es sich nicht kompilieren, obwohl dort ein Fahrrad steht?

4. Auftritte. Eine abstrakte Klasse Performance mit einem Titel und einer abstrakten Methode start(). DanceMove und Song erben von ihr. Song hat außerdem eine Methode sing().

Ausgabe
Es beginnt der Tanz moonwalk
Es beginnt das Lied 'Bohemian Rhapsody'
Ich singe 'Bohemian Rhapsody'

Weitere Aufgaben

  • Dreieck. Füg Aufgabe 1 ein Triangle mit seinen drei Seiten hinzu. Der Umfang ist ihre Summe, und die Fläche kommt aus der Formel von Heron: s = Umfang / 2, Fläche = √(s(s − a)(s − b)(s − c)). Bei den Seiten 3, 4 und 5 ist die Fläche 6.00 und der Umfang 12.00.
  • Abstrakter Mitarbeiter. Mach Employee aus der letzten Lektion abstrakt, mit einem abstrakten monthlyPay(). Füg FullTime hinzu (das Gehalt wird voll ausgezahlt) und behalte Manager und Intern. Was gewinnt das Programm? Was verliert es?

Test

Teste dich

1. Shape ist eine abstrakte Klasse. Was lässt sich kompilieren?
2. Was hat eine abstrakte Methode nicht?
3. Triangle erbt von der abstrakten Shape, schreibt aber area() nicht. Was passiert?
4. Kann eine abstrakte Klasse Felder, einen Konstruktor und normale Methoden haben?

Erstellt von Ivo Gergov im Rahmen der Kampagne von Evo Tech für zugängliche Programmierausbildung ·