Abstrakte Klasse

Eine abstrakte Klasse bezeichnet in der objektorientierten Programmierung eine spezielle Klasse, die mindestens eine, aber auch mehrere abstrakte Methoden enthalten (also Methoden ohne „Rumpf“ (Implementierung) nur mit der Signatur). Per Definition können abstrakte Klassen nicht instanziiert, d.h. keine Objekte von ihnen erzeugt werden.

Schnittstellen sind rein abstrakte Klassen, die nur Methodensignaturen deklarieren. Eine Klasse gilt dagegen bereits als abstrakt, sobald eine Methode vorhanden ist, die durch eine erbende Klasse implementiert werden muss. In einer abstrakten Klasse können auch Variablen definiert und Methoden implementiert werden.

Als Basisklassen in einer Klassenhierarchie können abstrakte Klassen grundlegende Eigenschaften ihrer Unterklassen festlegen, ohne diese bereits konkret zu implementieren. Leitet eine Klasse von einer abstrakten Klasse ab, müssen alle vererbten abstrakten Methoden überschrieben und implementiert werden, damit die erbende Klasse selbst nicht abstrakt ist.

Abstrakte Klassen können nicht selbst instanziiert werden, nur Spezialisierungen von diesen. Dennoch können Teile des Quelltextes allgemein gehalten und nur unter Verwendung der Eigenschaften des abstrakten Basistyps implementiert werden. Durch Polymorphie kommen dabei die speziellen Implementierungen der nicht abstrakten Unterklassen zur Ausführung.

Beispiele

Geometrie

Zweidimensionale geometrische Figuren haben gemeinsam, dass sie über eine Fläche verfügen. Je nach Figur wird diese Fläche aber unterschiedlich berechnet.

Wird eine abstrakte Basisklasse namens Geometrisch angelegt, kann mit einem Methodenrumpf für eine Funktion berechneFlaeche festgelegt werden, dass alle Unterklassen eine entsprechende Methode implementieren müssen. Zum Beispiel wird eine Klasse Rechteck die Länge mit der Breite multiplizieren, in einer Klasse Rechtwinkliges Dreieck wird die Länge mit der Höhe multipliziert und dann halbiert.

Durch die Klassenhierarchie mit einer abstrakten Basisklasse hat man sich die Möglichkeit eröffnet, andernorts Funktionen zu erstellen, die ein Objekt vom Typ Geometrisch entgegennehmen und auf ihm die Funktion berechneFlaeche aufrufen, völlig unabhängig davon, ob es sich um Dreiecke, Rechtecke oder Kreise handelt. Die Funktionen sind somit für sämtliche geometrische Figuren nutzbar und weisen einen hohen Grad an Flexibilität und Wiederverwendbarkeit auf.

Programmbeispiel

Die folgenden Beispiele sind in der Programmiersprache Java geschrieben. Als Datentyp wird eine Gleitkommazahl double verwendet.

A. Die Definition der Schnittstelle:

public interface Geometrisch {
 
    public abstract double berechneFlaeche();
 
}

B. Kreation einer Basisklasse für Höhen- und Längenangabe:

public abstract class BasisFigur implements Geometrisch {
 
    double laenge;
    double hoehe;
 
    public BasisFigur(final double LAENGE, final double HOEHE) {
        laenge = LAENGE;
        hoehe = HOEHE;
    }
 
    public double getLaenge() {
        return laenge;
    }
 
    public void setLaenge(final double LAENGE) {
        laenge = LAENGE;
    }
 
    public double getHoehe() {
        return hoehe;
    }
 
    public void setHoehe(final double HOEHE) {
        hoehe = HOEHE;
    }
}

C. Beispielhafte Implementierung einer konkreten Figur Rechteck:

public class Rechteck extends BasisFigur {
 
    public Rechteck(final double LAENGE, final double HOEHE) {
        super(LAENGE, HOEHE);
    }
 
    @Override
    public double berechneFlaeche() {
        return getLaenge()*getHoehe();
    }
}

D. Beispielhafte Implementierung einer weiteren konkreten Figur rechtwinkliges Dreieck:

public class RechtwinkligesDreieck extends BasisFigur {
 
    public RechtwinkligesDreieck(final double LAENGE, final double HOEHE) {
        super(LAENGE, HOEHE);
    }
 
    @Override
    public double berechneFlaeche() {
        return (getLaenge()*getHoehe())/2;
    }
}

E. Eine Beispielklasse zur erweiterten Verwendung, welche Operationen auf Basis der Schnittstelle ausführt:

public class GeometrischerRechner {
 
    public static double berechneGesamtFlaeche(final Geometrisch[] f) {
        double ergebnis = 0;
        for (Geometrisch figur : f) {
            ergebnis += figur.berechneFlaeche();
        }
        return ergebnis;
    }
}

F. Beispiel einer Ausführung liefert die folgende Klasse:

public class GeometrischesFigurenBeispiel {
 
    public static void main(String[] args) {
        // 1.1. Erstellung einzelner Objekte
        Geometrisch rechteck = new Rechteck(10, 20);
        Geometrisch dreieck = new RechtwinkligesDreieck(10, 20);
 
        // 1.2. Separate Berechnung der Flächen 
        System.out.println("Rechtecksfläche: " + 
                           rechteck.berechneFlaeche() );
        System.out.println("Dreiecksfläche: " + 
                           dreieck.berechneFlaeche() );
 
        // 2.1. Parameter für die Übergabe an GeometrischerRechner
        Geometrisch[] figuren = new Geometrisch[]{
                                          rechteck, dreieck};
 
        // 2.2. Berechnung und Ausgabe der Gesamtfläche
        System.out.println("Gesamtfläche: " + 
               GeometrischerRechner.berechneGesamtFlaeche( figuren ) );
        }
}

G. Wird dieses Programm übersetzt und ausgeführt, so erscheint in der Konsole die folgende Ausgabe:

  Rechtecksfläche: 200.0
  Dreiecksfläche: 100.0
  Gesamtfläche: 300.0

Datenbankzugriff

Ein klassisches Beispiel für die Anwendung abstrakter Klassen kommt aus dem Bereich der Datenbank-Anwendung. Sämtliche Methoden für den Zugriff auf die Datenbank werden in einer abstrakten Klasse definiert. Für jeden Datenbank-Typ kann eine konkrete Klasse programmiert werden, die alle geerbten Zugriffsmethoden implementiert. In der Anwendung muss an einer einzigen Stelle die konkret implementierte Klasse bekannt sein - dort wird das Objekt erzeugt. Anschließend wird es im gesamten restlichen Programmcode als Objekt vom Typ der abstrakten Klasse behandelt.

Die konkrete Klasse kann als Eigenschaft, einer sogenannten Property, in einer Datei außerhalb des Programmcodes angegeben werden. So ist kein erneutes Übersetzen nach ausgetauschter Datenbank nötig und es entsteht eine hohe Wiederverwendbarkeit der Applikation.