Abstrakte Klassen und Methoden

Teil des Abschnitts Objektorientierte Programmierung der Java-Journey von Coddy. Lektion 32 von 87.

Manchmal möchten Sie eine Klasse definieren, die als Bauplan dient, aber niemals direkt instanziiert werden sollte. Zum Beispiel ist eine generische Shape-Klasse als Elternklasse sinnvoll, aber wie würde eine „Form“ ohne spezifische Gestalt aussehen? Hier kommen abstrakte Klassen ins Spiel.

Eine abstrakte Klasse wird mit dem Schlüsselwort abstract deklariert und kann nicht instanziiert werden. Sie kann sowohl reguläre Methoden mit Implementierungen als auch abstrakte Methoden ohne Rumpf enthalten:

public abstract class Shape {
    protected String color;
    
    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    // Abstrakte Methode - keine Implementierung
    public abstract double getArea();
    
    // Reguläre Methode - hat eine Implementierung
    public String getColor() {
        return color;
    }
}

Abstrakte Methoden deklarieren, was eine Unterklasse tun muss, aber nicht wie. Jede nicht-abstrakte Klasse, die eine abstrakte Klasse erweitert, muss Implementierungen für alle abstrakten Methoden bereitstellen:

public class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

Sie können abstrakte Klassen weiterhin als Referenztypen verwenden, was Polymorphismus ermöglicht:

Shape shape = new Circle("red", 5.0);
System.out.println(shape.getArea());  // Ruft die Implementierung von Circle auf

Abstrakte Klassen sind ideal, wenn Unterklassen gemeinsamen Code teilen, aber jeweils bestimmte Verhaltensweisen unterschiedlich implementieren müssen. Sie erzwingen einen Vertrag und ermöglichen gleichzeitig die Wiederverwendung von Code.

Aufgabe

Einfach

Erstellen wir ein Gerätesystem, das die Leistungsfähigkeit abstrakter Klassen demonstriert. Du erstellst eine Basisklasse Appliance, die festlegt, was jedes Gerät tun muss, während die spezifischen Gerätetypen selbst entscheiden, wie genau sie dies tun.

Du wirst deinen Code auf vier Dateien verteilen:

Appliance.java: Erstelle eine abstrakte Klasse, die als Vorlage für alle Geräte dient. Jedes Gerät besitzt ein Feld brand (String) und ein Feld wattage (int). Füge einen Konstruktor hinzu, der beide Felder initialisiert, sowie Getter-Methoden für jedes Feld und eine reguläre Methode getInfo(), die Folgendes zurückgibt: [brand] - [wattage]W. Definiere eine abstrakte Methode operate(), die Unterklassen implementieren müssen – sie stellt dar, wie jedes Gerät seine Hauptfunktion ausführt.
WashingMachine.java: Erstelle eine konkrete Klasse, die Appliance erweitert. Waschmaschinen besitzen ein zusätzliches Feld capacity (int), das die Füllmenge in kg angibt. Verwende super, um die Initialisierung der übergeordneten Klasse zu übernehmen. Implementiere die Methode operate() so, dass sie Folgendes ausgibt: [brand] washing machine is washing [capacity]kg of clothes
Microwave.java: Erstelle eine weitere konkrete Klasse, die Appliance erweitert. Mikrowellen besitzen ein Feld power (int), das den Leistungsprozentsatz darstellt. Implementiere operate() so, dass sie Folgendes ausgibt: [brand] microwave is heating at [power]% power
Main.java: Führe alles mithilfe von Polymorphie zusammen. Du erhältst fünf Eingaben: einen Markennamen, die Wattzahl, die Kapazität der Waschmaschine, einen weiteren Markennamen und die Leistungsstufe der Mikrowelle. Erstelle eine WashingMachine und eine Microwave und speichere sie anschließend in einem Array aus Appliance-Referenzen. Durchlaufe das Array und gib für jedes Gerät seine Informationen mithilfe von getInfo() aus, gefolgt vom Aufruf von operate().

Du erhältst fünf Eingaben in dieser Reihenfolge: erste Marke (String), erste Wattzahl (int), Kapazität in kg (int), zweite Marke (String) und Leistungsstufe (int).

Deine Ausgabe sollte vier Zeilen enthalten – für jedes Gerät siehst du eine Informationszeile, gefolgt von seinem Betriebsverhalten. Beachte, wie die abstrakte Klasse es dir ermöglicht, verschiedene Geräte einheitlich zu behandeln, während jedes Gerät auf seine eigene Weise arbeitet!

Probier es selbst

import java.util.Scanner;

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // Eingaben lesen
        String brand1 = scanner.nextLine();
        int wattage1 = scanner.nextInt();
        int capacity = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine(); // Zeilenumbruch konsumieren
        String brand2 = scanner.nextLine();
        int power = scanner.nextInt();
        
        // TODO: Erstelle ein WashingMachine Objekt mit brand1, wattage1 und capacity
        
        // TODO: Erstelle ein Microwave Objekt mit brand2, wattage1 (oder entsprechender Wattzahl) und power
        
        // TODO: Erstelle ein Array von Appliance Referenzen und speichere beide Objekte
        
        // TODO: Iteriere durch das Array und für jedes Gerät:
        // - Gib seine Informationen mit getInfo() aus
        // - Rufe operate() auf
    }
}