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

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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