1、第8章 類和對象 第9章 關(guān)于類和對象的進一步討論 第10章 運算符重載,第3篇基于對象的程序設(shè)計,第8章 類和對象,8.1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法概述 8.2 類的聲明和對象的定義 8.3 類的成員函數(shù) 8.4 對象成員的引用 8.5 類的封裝性和信息隱蔽 8.6 類和對象的簡單應(yīng)用舉例,面向過程的編程思想:,傳統(tǒng)的面向過程程序設(shè)計是圍繞功能進行的，用一個函數(shù)實現(xiàn)一個功能。一個函數(shù)可以使用和修改任何一組共用數(shù)據(jù)。,因此，當(dāng)程序規(guī)模較大時，無論是管理還是調(diào)試都顯得力不從心。解決辦法：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法。,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計：把同一對象的數(shù)據(jù)和操作封裝在一起。,例如：人們生產(chǎn)汽車時，發(fā)動機、底盤、

2、車身和輪子分別由不同生產(chǎn)廠商設(shè)計和制造，最后由汽車制造商組裝在一起。在組裝時，各部分之間有一定的聯(lián)系，以便協(xié)調(diào)工作，各部分內(nèi)部如何工作一無所知。 這就是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計的基本思路。 為了進一步說明問題，下面先討論幾個有關(guān)的概念。,1. 對象 客觀世界中任何一個事物都可以看成一個對象。 對象可大可小。對象是構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位。 對象的兩個要素：屬性和行為。 屬性：對象的特征，定義成員變量描述。 行為：對象的動作，定義成員函數(shù)完成。,要使某一個對象實現(xiàn)某一種行為(即操作)，應(yīng)當(dāng)向它傳送相應(yīng)的消息。即調(diào)用該對象相應(yīng)的成員函數(shù)。,每一個實體都是對象。有一些對象是具有相同的結(jié)構(gòu)和特性的。每個對象都屬于

3、一個特定的類型。 在C+中對象的類型稱為類(class)。類代表了某一批對象的共性和特征。 類是對象的抽象，而對象是類的具體實例(instance)。,2、類,如：10個不同尺寸的三角形是10個對象。這10個三角形對象有相同的屬性和行為，可以將它們抽象為一種類型，稱為三角形類型。,3. 封裝與信息隱蔽 封裝：將有關(guān)的數(shù)據(jù)和操作代碼封裝在一個對象中，形成一個基本單位，各個對象之間相對獨立，互不干擾。 信息隱蔽：將對象中某些部分對外隱蔽，即隱蔽其內(nèi)部細(xì)節(jié)，只留少量接口，以便與外界聯(lián)系，接收外界的消息。 信息隱蔽有利于數(shù)據(jù)安全，防止無關(guān)的人了解和修改數(shù)據(jù)。,4. 繼承與派生,代碼重用；繼承了共性，又

4、派生出自己的各自的特性。,動 物,貓,狗,學(xué) 生,成教學(xué)生,機械專業(yè),法律專業(yè),網(wǎng)絡(luò)專業(yè),軟職學(xué)生,軟件專業(yè),5. 多態(tài)性 由繼承而產(chǎn)生的相關(guān)的不同的類，其對象對同一消息會作出不同的響應(yīng)。 如：動物都會叫，但不同的動物的叫聲不同。 如：在Windows環(huán)境下，用鼠標(biāo)雙擊一個文件對象(這就是向?qū)ο髠魉鸵粋€消息)，根據(jù)文件對象的不同，將做不同的操作。如果是可執(zhí)行文件，則會執(zhí)行此程序；如果是文本文件，則啟動文本編輯器并打開該文件。,隨著軟件規(guī)模的迅速增大，軟件人員面臨的問題十分復(fù)雜。需要規(guī)范整個軟件開發(fā)過程，明確軟件開發(fā)過程中每個階段的任務(wù)，在保證前一個階段工作的正確性的情況下，再進行下一階段的工作

5、。這就是軟件工程學(xué)需要研究和解決的問題。 面向?qū)ο蟮能浖こ贪ㄒ韵聨讉€部分：,8.1.4 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),1. 面向?qū)ο蠓治?object oriented analysis,OOA) 軟件工程中的系統(tǒng)分析階段，系統(tǒng)分析員要和用戶結(jié)合在一起，對用戶的需求作出精確的分析和明確的描述，從宏觀的角度概括出系統(tǒng)應(yīng)該做什么(而不是怎么做)。面向?qū)ο蟮姆治?，要按照面向?qū)ο蟮母拍詈头椒?，在對任?wù)的分析中，從客觀存在的事物和事物之間的關(guān)系，歸納出有關(guān)的對象(包括對象的屬性和行為)以及對象之間的聯(lián)系，并將具有相同屬性和行為的對象用一個類(class)來表示。建立一個能反映真實工作情況的需求模型。,2. 面

6、向?qū)ο笤O(shè)計(object oriented design,OOD) 根據(jù)面向?qū)ο蠓治鲭A段形成的需求模型，對每一部分分別進行具體的設(shè)計，首先是進行類的設(shè)計，類的設(shè)計可能包含多個層次(利用繼承與派生)。然后以這些類為基礎(chǔ)提出程序設(shè)計的思路和方法，包括對算法的設(shè)計。在設(shè)計階段，并不牽涉某一種具體的計算機語言，而是用一種更通用的描述工具(如偽代碼或流程圖)來描述。 3. 面向?qū)ο缶幊?OOP) 根據(jù)面向?qū)ο笤O(shè)計的結(jié)果，用一種計算機語言把它寫成程序，顯然應(yīng)當(dāng)選用面向?qū)ο蟮挠嬎銠C語言(例如C+)，否則無法實現(xiàn)面向?qū)ο笤O(shè)計的要求。,4. 面向?qū)ο鬁y試(object oriented test,OOT) 在寫

7、好程序后交給用戶使用前，必須對程序進行嚴(yán)格的測試。測試的目的是發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤并改正它。面向?qū)ο鬁y試是用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行測試，以類作為測試的基本單元。 5. 面向?qū)ο缶S護(object oriented soft maintenance,OOSM) 因為對象的封裝性，修改一個對象對其他對象影響很小。利用面向?qū)ο蟮姆椒ňS護程序，大大提高了軟件維護的效率。,類是對象的抽象，而對象是類的具體實例(instance)。,8.2 類的聲明和對象的定義 8.2.1 類和對象的關(guān)系,抽象：從眾多物理對象中抽取最本質(zhì)的特征加以描述，而忽略次要的和非本質(zhì)的特征。主要針對實體的屬性（特征）和行為（動作）進行抽象

8、。,實體,屬性,行為,現(xiàn)實世界,抽象,軟件,C+類名,（數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),）,（函數(shù),函數(shù),）,private:,public:,以一個學(xué)生實體為例：,學(xué)生,學(xué)號,姓名, 專業(yè),現(xiàn)實世界,抽象,C+類名,private: id name major,public: registerFor pickMajor,注冊,選專業(yè), 交學(xué)費,封裝和數(shù)據(jù)隱藏,接 口,對象行為（函數(shù)）,對象屬性（數(shù)據(jù)）,可見,隱藏,8.2 類的聲明和對象的定義,在C+中先聲明一個類類型，然后用它去定義若干個同類型的對象。 對象是類類型的一個變量。類是對象的模板，是用來定義對象的一種抽象類型。 類是抽象的，不占用內(nèi)存，而對象是具體

9、的，占用存儲空間。,8.2.2 聲明類類型,類類型的聲明，一般形式為： class 類名 private: 私有的數(shù)據(jù)和成員函數(shù); public: 公用的數(shù)據(jù)和成員函數(shù); ;,public部分和private部分放在類體的前后沒有規(guī)定。但public部分在前面，可以使用戶將注意力集中在能被外界調(diào)用的成員上，思路更清晰一些。,成員訪問限定符有效范圍是到另一個訪問限定符為止，共有以下幾類： private：不能被類外訪問，也不能被派生類的成員函數(shù)訪問。 public：能被類外訪問，也可以被派生類的成員函數(shù)訪問。 protected：不能被類外訪問，但可以被派生類的成員函數(shù)訪問。,class Stu

10、dent /以class開頭 int id; char name20; char major20; void registerFor( ) cin id name major fees; ;,沒有訪問限定符默認(rèn)為私有成員，因此該類沒有與外界的接口。,不能把類中的全部成員與外界隔離，一般是把數(shù)據(jù)隱蔽起來，而把成員函數(shù)作為對外界的接口。 可以將上面類的聲明改為: class Student private: int id; char name20; char major20; public: void registerFor( ) cin id name major fees; ;,8.2.3 定

11、義對象的方法,private: id name major,public: registerFor pickMajor,Student類,對象stu1,0521140 張三 Computer registerFor pickMajor,對象stu1,0522240 李四 Network registerFor pickMajor,1. 先聲明類類型，然后再定義對象,聲明了類類型后，定義對象有兩種形式。 （1） class 類名 對象名 class Student stud1, stud2; 把class和Student合起來作為一個類名，用來定義對象。 （2） 類名 對象名 Student s

12、tud1，stud2; 直接用類名定義對象。這兩種方法是等效的。,2. 在聲明類類型的同時定義對象 class Student private: int id; char name20; char major20; public: void registerFor( ) cin id name major fees; stud1,stud2; /定義了兩個Student類的對象 在定義Student類的同時，定義了兩個Student 類的對象。,3. 不出現(xiàn)類名，直接定義對象 class /無類名 private: /聲明以下部分為私有的 . public: /聲明以下部分為公用的 . stu

13、d1, stud2; /定義了兩個無類名的類對象 這種方法很少用。在實際的程序開發(fā)中，一般都采用第1種方法。 在定義一個對象時，編譯系統(tǒng)會為這個對象分配存儲空間，以存放對象中的成員。,類的成員函數(shù)與一般函數(shù)的區(qū)別只是： 它是屬于一個類的成員，出現(xiàn)在類體中。可以指定為private、 public、protected 成員函數(shù)可以訪問本類中任何成員(包括私有和公用數(shù)據(jù)和函數(shù)成員) 。,8.3 類的成員函數(shù) 8.3.1 成員函數(shù)的性質(zhì),一般將需要被外界調(diào)用的成員函數(shù)指定為public，它們是類的對外接口。 不被外界調(diào)用的，而只是為本類中的成員函數(shù)所調(diào)用的函數(shù)，應(yīng)指定為private。這種函數(shù)的作用

14、是支持其他函數(shù)的操作，是類中其他成員的工具函數(shù)(utility function)，類外用戶不能調(diào)用這些私有的工具函數(shù)。,成員函數(shù)在類體中只寫成員函數(shù)的聲明，而在類的外面進行函數(shù)定義。如 ：,8.3.2 在類外定義成員函數(shù),class Student private: int id; char name20; char major20; public: void registerFor( ) ; ;,void Student : registerFor( ) cin id name major; ,注意： 類體中定義函數(shù)時，不需要在函數(shù)名前面加上類名，因為函數(shù)屬于哪一個類是不言而喻的。 成員函

15、數(shù)在類外定義時，必須在函數(shù)名前面加上類名，予以限定(qualifed)，“”是作用域限定符(field qualifier)或稱作用域運算符，用它聲明函數(shù)是屬于哪個類的。,類體中作原型聲明，然后在類外定義，類體的位置應(yīng)在函數(shù)定義之前，否則編譯時會出錯。 在類的內(nèi)部對成員函數(shù)作聲明，而在類體外定義成員函數(shù)，這是程序設(shè)計的一種良好習(xí)慣。,如果在作用域運算符“”的前面沒有類名，或者函數(shù)名前面既無類名又無作用域運算符“”，如 display( ) 或 display( ) 則表示display函數(shù)不屬于任何類，這個函數(shù)不是成員函數(shù)，而是全局函數(shù)，即一般普通函數(shù)。,成員函數(shù)還可以是:,3、內(nèi)置函數(shù)；,1

16、、帶缺省值的函數(shù)；,2、重載函數(shù)；,1、帶缺省值的函數(shù) void Time:setdata(int h=0, int m=0, int s=0) ,2、重載函數(shù) void Time:setdata() void Time:setdata(int h, int m, int s) ,3、內(nèi)置函數(shù) 為了提高運行效率，對于較簡單的函數(shù)可以聲明為內(nèi)置成員函數(shù)。 內(nèi)置成員函數(shù)不能有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（如循環(huán)結(jié)構(gòu)、switch結(jié)構(gòu)） 在類中聲明內(nèi)置函數(shù)的方法為： 1、將函數(shù)體放在類中聲明隱式聲明； 2、使用inline顯示聲明；,class Time public: void setdata( ) cin hou

17、r minute second; private: int hour; int minute; int second; ;,內(nèi)置函數(shù)的隱式聲明：,class Time public: inline void setdata( )； private: int hour; int minute; int second; ; inline void setdata( ) cin hour minute second;,內(nèi)置函數(shù)的顯式聲明：,不利于類聲明和成員函數(shù)定義的分離,8.3.4 成員函數(shù)的存儲方式,用一段空間存放共同的函數(shù)代碼段，在調(diào)用各對象的函數(shù)時，都去調(diào)用這個公用的函數(shù)代碼。,每個對象占用

18、的存儲空間只是該對象的數(shù)據(jù)部分所占用的存儲空間，而不包括函數(shù)代碼所占用的存儲空間。,class Time int hour; int minute; int sec; public: void set( ) cin hour minute sec; ; 一個對象所占的空間大小只取決于該對象中數(shù)據(jù)成員所占的空間，而與成員函數(shù)無關(guān)。函數(shù)代碼是存儲在對象空間之外的。,該類對象所占用的字節(jié)數(shù)： cout sizeof(Time) endl; 輸出的值是12。,不同的對象使用的是同一個函數(shù)代碼段，它怎么能夠分別對不同對象中的數(shù)據(jù)進行操作呢？ C+專門設(shè)立了一個名為this的指針，用來指向不同的對象。 需

19、要說明： (1) 不論成員函數(shù)在類內(nèi)定義還是在類外定義，成員函數(shù)的代碼段都用同一種方式存儲。 (2) 不要將成員函數(shù)的這種存儲方式和inline(內(nèi)置)函數(shù)的概念混淆。,在程序中經(jīng)常需要訪問對象中的成員。訪問對象中的成員可以有3種方法： 通過對象名和成員運算符訪問對象中的成員; 通過指向?qū)ο蟮闹羔樤L問對象中的成員; 通過對象的引用變量訪問對象中的成員。,8.4 對象成員的引用,訪問對象中成員的一般形式: 對象名.成員名 不僅可以在類外引用對象的公用數(shù)據(jù)成員，而且還可以調(diào)用對象的公用成員函數(shù)，但同樣必須指出對象名，如 stud1. registerFor( ) ; /正確，調(diào)用對象stud1的公

20、用成員函數(shù) registerFor( ); /錯誤，沒有指明是哪一個對象的registerFor函數(shù) 由于沒有指明對象名，編譯時把registerFor( )作為普通函數(shù)處理。,8.4.1 通過對象名和成員運算符訪問對象中的成員,只能訪問public成員，而不能訪問private成員，如果已定義id為私有數(shù)據(jù)成員，下面的語句是錯誤的： stud1.id=10101; /num是私有數(shù)據(jù)成員，不能被外界引用 在類外只能調(diào)用公用的成員函數(shù)。在一個類中應(yīng)當(dāng)至少有一個公用的成員函數(shù)，作為對外的接口，否則就無法對對象進行任何操作。,如果有以下程序段： class Time public: /數(shù)據(jù)成員是公

21、用的 int hour; int minute; ; Time t,*p; /定義對象t和指針變量p p= /輸出p指向的對象中的成員hour 在p指向t的前提下，p-hour，(*p).hour和t.hour三者等價。,8.4.2 通過指向?qū)ο蟮闹羔樤L問對象中的成員,如果已聲明了Time類，并有以下定義語句： Time t1; /定義對象t1 Time /輸出對象t1中的成員hour t2與t1共占同一段存儲單元(即t2是t1的別名)，因此t2.hour就是t1.hour。,8.4.3 通過對象的引用變量來訪問對象中的成員,例：需要求三個長方柱的體積，請編寫一個基于對象的程序，數(shù)據(jù)成員包括length(長)、width(寬)、height(高)。 要求用成員函數(shù)實現(xiàn)以下功能： （1）、由