1、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計及C+,主講:,第1章 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計及C+概述,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計及C+,本章作業(yè),作業(yè)本：本章習(xí)題:一、二、三（1、2、5） 或: 網(wǎng)上自測,本章內(nèi)容提要,面向過程與面向?qū)ο?面向?qū)ο蟮幕靖拍罴疤卣?C+語言概述 C+程序及其開發(fā) 本章小結(jié),1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,核心思想：功能分解 實現(xiàn)方法：自頂向下、逐步求精 優(yōu)點：直觀有條理、結(jié)構(gòu)清晰、模塊化強。 缺點： 代碼的可重用性差、模塊之間依賴性強、不利于代碼的維護和擴充。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對整個程序公開，數(shù)據(jù)安全性差,1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,數(shù)據(jù)與對數(shù)據(jù)處理的過程相分離，其弊端表現(xiàn)在：一旦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變，與之相關(guān)的所

2、有操作都必須改動 ，代碼修改量大 例如：一個簡單的學(xué)生成績管理系統(tǒng)用來管理若干個學(xué)生的信息。 每個學(xué)生的信息包括學(xué)號、姓名、某門課的平時成績、期末成績、總評成績和名次， 總評成績=平時成績*0.3+期末成績*0.7。 主要操作：成績的錄入、計算、排名、輸出。,1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義一個結(jié)構(gòu)體 typedef struct studentScore char number10; /學(xué)號 char name10; /姓名 int dailyScore ; /平時成績 int finalScore; /期末成績 float generalScore; /總評成績 int pla

3、ce; /名次 SS; /結(jié)構(gòu)體變量名 C,int experiScore; /后增項實驗成績,1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,操作數(shù)據(jù)的幾個函數(shù)： void readData（SS stu ,int n）; /輸入n個學(xué)生的學(xué)號、姓名、平時及期末成績 void calcuScore（SS stu ,int n）; /計算n個學(xué)生的總評成績 void sortScore（SS stu ,int n）; /根據(jù)總評成績排名，得出每個學(xué)生的place值 void printOut（SS stu ,int n）; /按一定的格式輸出n個學(xué)生的完整信息,1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,現(xiàn)在，需求改變了

4、： 在C語言課程中，需要增加實驗成績這一項，學(xué)生的總評成績計算方法修改為： 總評成績=平時成績*0.2+實驗成績*0.2+期末成績*0.6。 顯然，類型SS中需要增加一個數(shù)據(jù)項 int experiScore; 表示實驗成績。G 同時，所有的函數(shù)代碼都應(yīng)該作相應(yīng)地修改,1.1.1 面向過程的程序設(shè)計,面向過程的程序設(shè)計的范型是： 程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)與對數(shù)據(jù)操作的分離導(dǎo)致軟件維護（包括軟件的測試、調(diào)試和升級）的困難。 一種新型的程序設(shè)計方法面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法應(yīng)運而生，它很好地解決了以上問題。,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,核心思想：以數(shù)據(jù)為核心，將數(shù)據(jù)以及對這些數(shù)據(jù)的操作封裝為一個

5、整體 實現(xiàn)方法：以類封裝，以類的對象作為程序的基本元素，通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息，進而由對象啟動相關(guān)的方法完成各種功能 優(yōu)點：數(shù)據(jù)安全、軟件可靠、代碼可重性可維護性強 缺點：代碼的效率有時會低,類與對象是抽象與具體的關(guān)系 類包含： 對象必然屬于某一個類，且各有一個名字(對象名)，有不同的數(shù)據(jù)成員值，可以進行相同的行為。 類與對象的關(guān)系: 相當于類型和變量的關(guān)系,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,成員函數(shù)：,數(shù)據(jù)成員：,-類對象的靜態(tài)特性,-類對象的動態(tài)特性,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,例如： 人類,靜態(tài)特性：,動態(tài)特性：,姓名,性別,年齡,身高,體重,身份,吃,穿,住,行,學(xué)習(xí),工作,Person

6、類,數(shù)據(jù)成員,成員函數(shù),char name20,char sex8,int age,double height,double weight,char identity,void eat();,void dress();,void reside();,void walk();,void study();,void work();,類對象名: teacher1,張虹,女,25,1.70,55.0,教師,前面成績管理的例子，將結(jié)構(gòu)體改造成一個類SS，其定義如下： class SS private: char number10; char name10; int dailyScore; int fin

7、alScore ; float generalScore; int place ;,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,public: /接口對外公開 void readData( ); void calcuScore( ); void printOut( ); ;,此時的主函數(shù)代碼為： int main( ) SS s,t; /定義SS類型的兩個學(xué)生對象，對象名為s和t s.readData( ); /向?qū)ο蟀l(fā)送消息，對象接受消息后調(diào)成員函數(shù) t.readData( ); /readData()實現(xiàn)讀入每個學(xué)生的信息 s.calcuScore( ); /對象調(diào)用calcuScore()計算總評成

8、績 t.calcuScore( ); s.printOut(); /對象調(diào)用printOut()輸出各自的信息 t.printOut(); return 0; ,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,若在類SS中增加 int experiScore; 表示實驗成績，總評成績計算方法改變，則類的成員函數(shù)代碼需做相應(yīng)地改造，但主函數(shù)的代碼不需做任何變動。,幾個結(jié)論： （1）面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計由類的定義和類的使用兩部分組成,類的使用表現(xiàn)為類對象的定義與功能調(diào)用。 （2）程序中的一切操作都是通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息來實現(xiàn)的，對象接收到消息后，啟動有關(guān)方法完成相應(yīng)的操作。 （3）向?qū)ο蟀l(fā)送消息的形式是：對象名.成員

9、函數(shù)名（實在參數(shù)表） 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計范型為： 程序=對象/類+對象/類+,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中最重要的兩個概念：類和對象 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中最突出的特征是：封裝性、繼承性和多態(tài)性 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計圍繞類的定義和類的使用展開的,1.1.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,返回,類是具有相同屬性和操作的一組對象的集合，它為屬于該類的全部對象提供了統(tǒng)一的抽象描述。 對象是對問題域中客觀存在事物的抽象，是類的具體的個體，也稱為類的一個實例。 類與對象是一對抽象與具體的關(guān)系 例1：教師是一個類，李老師則是教師類的一個對象。 例2：上面的SS類，主函數(shù)中定義了2個對象，對象名分別為

10、s和t。,1.2.1 類與對象,1.2.1 類與對象,類與對象的比較 設(shè)計類是為了使用類，使用類的方式是定義該類的變量對象，通過對象實現(xiàn)特定功能；對象一定屬于類，它具有什么樣的靜態(tài)屬性值、可以有哪些動態(tài)行為取決于類的設(shè)計。,每一個對象有以下幾個特征： （1）必須屬于某一個類，必須有一個區(qū)別于同類型其他對象的對象名。 （2）對象有自己的屬性值，即每個對象的數(shù)據(jù)成員有特定的值來標識該對象的靜態(tài)特性。 （3）對象有一組類所規(guī)定的操作，每一個操作決定對象的一種動態(tài)行為，通過對象名.成員函數(shù)名（實在參數(shù)表）的形式實施這種行為。,1.2.1 類與對象,封裝性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的第一大特征，這一特性使得面向

11、對象程序設(shè)計具有安全性和可靠性。 生活中的封裝例：MP4 對外接口：面板上的各種控制按鈕如： 電源開關(guān)、菜單選擇按鈕、調(diào)節(jié)音量按鈕等 封裝起來的：各種元器件、按下某按鈕時其內(nèi)部的元器件狀態(tài)如何改變、如何參與工作等細節(jié),1.2.2 封裝性,類中封裝的成員： private屬性的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù) protected屬性的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù) public屬性的成員函數(shù)具體實現(xiàn)代碼 類中未被封裝的成員： public屬性的數(shù)據(jù)成員 public屬性的成員函數(shù)原型 對于類中封裝的成員不可以用形如對象名.成員的形式直接訪問，這種形式只可以訪問未被封裝的成員。,1.2.2 封裝性,例如前面講過的學(xué)生類SS

12、中： 封裝的信息有 （1）所有的private數(shù)據(jù)成員：number、name、dailyScore、finalScore、generalScore、 place 。 （3）所有的public成員函數(shù)的實現(xiàn)細節(jié)： void readData（） void calcuScore（） void printOut（） 公開的接口有：以上3個成員函數(shù)的原型,1.2.2 封裝性,因此在main()函數(shù)中通過類的對象可以直接訪問類的接口成員： s. readData（）； s. calcuScore（）； s.printOut（） ； 封裝的單位實際上是屬于某一個類的對象。因此，在封裝之前需要仔細做好數(shù)據(jù)

13、抽象和功能抽象的工作，明確類中哪些成員需要信息隱藏，哪些成員應(yīng)該對外公開。,1.2.2 封裝性,繼承性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的第二大特征，是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計提高代碼重用性的重要措施 。 繼承表現(xiàn)了特殊類與一般類之間的上下分層關(guān)系，這種機制為程序員提供了一種組織、構(gòu)造和重用類的手段。 繼承使一個類（稱為基類或父類）的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)能被另一個類（稱為派生類或子類）重用。,1.2.3 繼承性,派生類中成員的構(gòu)成： （1）從基類直接繼承的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù) （2）派生類中新增加的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù) （3）對基類中某些成員的改造 繼承的優(yōu)點：可以避免公共代碼的重復(fù)開發(fā)，減少代碼和數(shù)據(jù)冗余。,1.2.3

14、 繼承性,類繼承關(guān)系舉例： 以上為一個多層次的類繼承關(guān)系，從繼承源上分，可以有單一繼承（如圖中大學(xué)生類對學(xué)生類的繼承）和多重繼承（如圖中在職大學(xué)生類是從大學(xué)生類和職工類多重繼承）兩種。,1.2.3 繼承性,多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的第三大重要特征。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的多態(tài)性指的是一種行為對應(yīng)著多種不同的實現(xiàn)。 生活中的多態(tài)性舉例： （1）發(fā)動汽車 （2）發(fā)動火車 （3）發(fā)動公民義務(wù)獻血 多態(tài)性有兩種：靜態(tài)多態(tài)性（也稱為編譯時的多態(tài)性）和動態(tài)多態(tài)性（也稱運行時的多態(tài)性）。,1.2.4 多態(tài)性,靜態(tài)多態(tài)性 ：在同一個類、無繼承關(guān)系的平行類、不屬于任何類的普通函數(shù)中，同一個函數(shù)名對應(yīng)著不同的實現(xiàn)代碼。

15、通過函數(shù)重載和運算符重載實現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)性。 動態(tài)多態(tài)性：在一般類和它的各個派生類中，同一個函數(shù)名可以對應(yīng)著不同的實現(xiàn)代碼 。需要通過繼承、虛函數(shù)、基類的指針或引用實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)性。這些知識在第5章中將會詳細介紹。,1.2.4 多態(tài)性,多態(tài)性的意義：用同一個接口實現(xiàn)不同的操作，直接使用類來進行程序開發(fā)非常方便。 例如，為求面積，在三角形類、圓形類、正方形類、長方形類中都定義了函數(shù)getArea（）。顯然，為求相應(yīng)圖形的面積，實現(xiàn)的代碼不一樣。但用戶在使用這些類的對象求面積時不必關(guān)心實現(xiàn)細節(jié)，直接調(diào)用該成員函數(shù)就可以了。,1.2.4 多態(tài)性,返回,C+語言的研發(fā)始于1980年，貝爾實驗室的Bjarne

16、 Stroustrup對C語言進行改進和擴充，增加了對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的支持。最初的成果稱為“帶類的C”，1983年正式取名為C+，在經(jīng)歷了3次修訂后，于1994年制定了ANSI C+標準的草案，以后又經(jīng)過不斷完善，成為目前的C+，C+仍在不斷地發(fā)展。C+是同時支持面向過程程序設(shè)計和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的混合型語言，是目前應(yīng)用最為廣泛的高級程序設(shè)計語言。,1.3.1 C+語言支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言應(yīng)該具有以下幾個特點 ： （1）支持對象的概念及對象所有的特點 （2）要求對象屬于類 （3）提供類的繼承機制,1.3.1 C+語言支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,C+語言支持面向?qū)ο蟮木幊?/p>

17、表現(xiàn)在以下3個方面： 支持封裝性：C+語言允許使用類和對象。類是支持封裝的工具，對象是封裝的實體 。通過public定義接口其余信息封裝。 支持繼承性 ：C+語言同時支持單一繼承和多重繼承 ，實現(xiàn)了抽象和共享機制。 支持多態(tài)性 ：C+語言同時支持靜態(tài)多態(tài)性和動態(tài)多態(tài)性,1.3.1 C+語言支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,C+語言由C語言發(fā)展而來，兼容C語言，并對C語言作了改進和擴充，既支持面向過程的程序設(shè)計，又支持面向面向的程序設(shè)計。 作為面向過程的程序設(shè)計語言，C+語言與C語言的關(guān)系可以用兩個詞概括繼承和改進。,1.3.2 C+語言與C語言的關(guān)系,C+語言繼承了C語言 ： C語言是C+語言的一個子集

18、。C語言的詞法、語法和其他規(guī)則都可以用到C+語言中。 C+語言保持了C語言簡練明了的風(fēng)格，也保留了C語言面向過程的特性。 在利用C+進行面向過程的程序設(shè)計時，可以有多種方案，可以完全使用C語言風(fēng)格，但是建議使用C+語言風(fēng)格更為方便,1.3.2 C+語言與C語言的關(guān)系,C+語言改進了C語言 ： C+語言雖然保留了C語言的風(fēng)格和特點，但又針對C語言的某些不足做了改進 例如：提供了更方便的輸入/輸出方法、靈活的const關(guān)鍵字的應(yīng)用、新增引用的靈活應(yīng)用、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、函數(shù)重載、更方便的動態(tài)內(nèi)存空間空間的管理等等。 第2章將具體介紹C+在面向過程的程序設(shè)計方面對C語言的改進和擴充。,1.3.2 C+語言與

19、C語言的關(guān)系,從20世紀60年代開始，先后出現(xiàn)了Simula、Smalltalk、Object-C、Eiffel、Ada、C+和Java等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，每種語言各有其優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域。,1.3.3 其他面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言,各種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言簡介： Simula67語言: 20世紀60年代開發(fā)，被認為是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的鼻祖，它提供了對象、類、繼承的概念，提出了面向?qū)ο蟮男g(shù)語，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的許多原始思想都來源于此語言。 Smalltalk語言：從20世紀70年代開始開發(fā)，它完整體現(xiàn)了來自于Simula以及其他早期原型語言中面向?qū)ο蟮母拍?，歷經(jīng)了Smalltalk-72

20、、Smalltalk-76和Smalltalk-80幾個版本，現(xiàn)在一般用Smalltalk-80,1.3.3 其他面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言,各種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言簡介： Object-C語言：1983年左右開發(fā)，它在C語言的基礎(chǔ)上進行了擴充，通過新引入的構(gòu)造和運算符來完成類定義和消息傳遞，其語法更像Smalltalk。 Eiffel語言：從理論上講是最好的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，它除了封裝和繼承，還集成了幾個強有力的面向?qū)ο蟮奶卣?，如參?shù)化多態(tài)性、對方法實施前置條件和后置斷言等。,1.3.3 其他面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言,各種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言簡介： Ada 語言：開發(fā)工作始于1975年，其語法嚴謹、書寫優(yōu)美、可讀性強，它提供了一系列功能來定義相關(guān)的數(shù)據(jù)類型(type)、對象(object)和操作(operation)的程序包(package)，一度被美國國防部強制指定為軍用武器系統(tǒng)的唯一開發(fā)語言。 Java 語言：由SUN公司在20世紀90年代初開發(fā)的一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，其優(yōu)點是簡單、面向?qū)ο?、不依賴于硬件結(jié)構(gòu)、可移植性強、安全性高、能最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)，因此被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)編程。,1.3.3 其他面