Modellierung und Simulation - Objektorientierte Programmierung

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Termin:	22.05.2026

Lernziel

Nach der Bearbeitung können die Studierenden:

• abstrakte Klassen in MATLAB^® erstellen
• Vererbung anwenden
• private/protected Eigenschaften unterscheiden
• Polymorphismus praktisch einsetzen
• ein einfaches OOP-System strukturieren

Aufgabenstellung

Aufgabe 8.1 Abstrakte Klasse „Fahrzeug“

Erstelle eine abstrakte Klasse Fahrzeug.

Anforderungen

Eigenschaft:	Geschwindigkeit	nur innerhalb der Klasse zugänglich
Konstruktor:	Fahrzeug()	setzt die Geschwindigkeit
Methode:	getGeschwindigkeit()	liest die Geschwindigkeit aus
Abstrakte Methode:	info()	liest die Informationen

Aufgabe 8.2 Klasse „Auto“

Erstelle eine Klasse Auto, die von Fahrzeug erbt.

Anforderungen

Eigenschaft:	Marke
Konstruktor:	Auto()	setzt Geschwindigkeit und Marke
Methode:	getGeschwindigkeit()	liest die Geschwindigkeit aus
Abstrakte Methode:	info()	liest die Informationen

Beispielausgabe

• Auto: BMW
• Geschwindigkeit: 180 km/h

Aufgabe 8.3 Klasse Fahrrad

Erstelle eine Klasse Fahrrad, die ebenfalls von Fahrzeug erbt.

Anforderungen

Eigenschaft:	Typ	nur innerhalb der Klasse zugänglich, z. B. Mountainbike, Rennrad
Konstruktor:	Fahrrad()	setzt Geschwindigkeit und Typ
Methode:	getGeschwindigkeit()	liest die Geschwindigkeit aus
Abstrakte Methode:	info()	liest die Informationen

Beispielausgabe

• Fahrrad: Mountainbike
• Geschwindigkeit: 25 km/h

Aufgabe 8.4 Hauptprogramm (Polymorphismus)

Erstelle ein Skript main.m.

Aufgaben

• Erzeuge:
• 1 Auto
• 1 Fahrrad
• Speichere beide in einer Liste/einem Array
• Rufe für jedes Objekt die Methode info() auf

Aufgabe 8.5 Zusatzaufgabe

Aufgabe 8.5.1 Klasse „E-Bike“

Erweitere das System um eine Klasse E-Bike:

Zusätzliche Eigenschaft:

• Akkukapazität
• überschreibt: info()

Musterlösung EBike.m 

classdef EBike < Fahrzeug

    properties
        Akkukapazitaet
    end

    methods

        function obj = EBike(v, akku)

            obj@Fahrzeug(v);

            obj.Akkukapazitaet = akku;
        end

        function info(obj)

            fprintf("E-Bike\n");
            fprintf("Geschwindigkeit: %.1f km/h\n", ...
                obj.Geschwindigkeit);

            fprintf("Akkukapazitaet: %.1f Wh\n", ...
                obj.Akkukapazitaet);
        end
    end
end

Aufgabe 8.5.2 Kapselung erweitern

• Setze Geschwindigkeit auf private
• Erstelle Methode: setGeschwindigkeit(v)
• Validierung: Geschwindigkeit darf nicht negativ sein

Musterlösung Fahrzeug.m 

classdef (Abstract) Fahrzeug

    properties (Access = private)
        Geschwindigkeit
    end

    methods
        function obj = Fahrzeug(v)
            obj = obj.setGeschwindigkeit(v);
        end

        function obj = setGeschwindigkeit(obj, v)
            if v < 0
                error("Geschwindigkeit darf nicht negativ sein.");
            end
            obj.Geschwindigkeit = v;
        end

        function v = getGeschwindigkeit(obj)
            v = obj.Geschwindigkeit;
        end
    end

    methods (Abstract)
        info(obj)
    end
end

Musterlösung main.m 

clc;clear;

a = Auto(180, "BMW");

f = Fahrrad(25, "Mountainbike");

e = EBike(30, 750);

fahrzeuge = [a, f, e];

for k = 1:length(fahrzeuge)

    fahrzeuge(k).info();

    fprintf("\n");
end

Lernzielkontrolle

Warum ist die Klasse Fahrzeug abstrakt?  Die Klasse Fahrzeug ist abstrakt, weil sie kein konkretes Objekt beschreibt, sondern nur eine allgemeine Vorlage darstellt.

• Ein Fahrzeug an sich existiert nicht in der Realität als eindeutiges Objekt.
• Es dient nur als gemeinsame Struktur für spezialisierte Klassen wie Auto oder Fahrrad.
• Die abstrakte Methode info() erzwingt, dass jede Unterklasse ihre eigene Umsetzung liefert.

Wo wird Vererbung im Code sichtbar?  Vererbung wird in der Klassendeklaration sichtbar:

classdef Auto < Fahrzeug
classdef Fahrrad < Fahrzeug

. Das bedeutet:

• Auto und Fahrrad erben Eigenschaften und Methoden von Fahrzeug
• z. B. Geschwindigkeit und getGeschwindigkeit()

Zusätzlich sichtbar im Konstruktor:

obj@Fahrzeug(v)

Was bedeutet Polymorphismus im Hauptprogramm?  Polymorphismus bedeutet, dass dieselbe Methode unterschiedliche Verhaltensweisen haben kann.

Im Hauptprogramm:

fahrzeuge = [auto, fahrrad];

for k = 1:length(fahrzeuge)
    fahrzeuge(k).info();
end

Es wird immer die Methode info() aufgerufen

• Auto.info() gibt Auto-spezifische Informationen aus
• Fahrrad.info() gibt Fahrrad-spezifische Informationen aus

Gleicher Aufruf – unterschiedliches Verhalten

Warum ist Kapselung sinnvoll?  Kapselung schützt interne Daten und kontrolliert den Zugriff auf Objekteigenschaften.

Beispiel:

properties (Access = private)
    Geschwindigkeit
end

Vorteile:

• Daten können nicht unkontrolliert verändert werden
• Validierung ist möglich (z. B. keine negative Geschwindigkeit)
• interne Implementierung bleibt verborgen
• externe Nutzung erfolgt nur über definierte Methoden

Ergebnis (Polymorphismus) 

fahrzeuge = [auto, fahrrad];

for k = 1:length(fahrzeuge)
fahrzeuge(k).info();
end

→ gleiche Methode info(), aber unterschiedliche Ausgabe

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