面向对象程序设计C++第4章ppt课件.ppt

第四章 类与对象,C+语言程序设计,2,本章主要内容,面向对象的思想OOP的基本特点类概念和声明对象构造函数,析构函数内联成员函数拷贝构造函数类的组合,3,回顾：面向过程的设计方法,重点:如何实现的细节和过程，将数据与函数分开。形式：主模块+若干个子模块（main()+子函数）。特点：自顶向下，逐步求精功能分解。缺点：效率低，程序的可重用性差。,面向对象的思想,4,面向对象的方法,目的：实现软件设计的产业化。观点：自然界是由实体（对象）所组成。程序设计方法：使用面向对象的观点来描述模仿并处理现实问题。要求：高度概括、分类、和抽象。,面向对象的思想,5,抽象,抽象是对具体对象（问题）进行概括，抽出这一类对象的公共性质并加以描述的过程。先注意问题的本质及描述，其次是实现过程或细节。数据抽象：描述某类对象的属性或状态（对象相互区别的物理量）。代码抽象：描述某类对象的共有的行为特征或具有的功能。抽象的实现：通过类的声明。,OOP的基本特点,6,抽象实例钟表,数据抽象：int Hour,int Minute,int Second代码抽象：SetTime(),ShowTime(),OOP的基本特点,7,抽象实例钟表类,class Clock public: void SetTime(int NewH,int NewM,int NewS); void ShowTime(); private: int Hour,Minute,Second;,OOP的基本特点,8,抽象实例人,数据抽象：char *name,char *gender,int age,int id代码抽象：生物属性角度：GetCloth(), Eat(), Step(),社会属性角度：Work(), Promote() ,OOP的基本特点,9,封装,将抽象出的数据成员、代码成员相结合，将它们视为一个整体。目的是曾强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只需要通过外部接口，以特定的访问权限，来使用类的成员。实现封装：类声明中的,OOP的基本特点,10,封装,实例：class Clock public:void SetTime(int NewH,int NewM, int NewS); void ShowTime(); private: int Hour,Minute,Second;,特定的访问权限,OOP的基本特点,11,继承与派生,是C+中支持层次分类的一种机制，允许程序员在保持原有类特性的基础上，进行更具体的说明。实现：声明派生类见第7章,OOP的基本特点,12,多态性,多态：同一名称，不同的功能实现方式。目的：达到行为标识统一，减少程序中标识符的个数。实现：重载函数和虚函数见第8章,OOP的基本特点,13,c+中的类,类是具有相同属性和行为的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和行为两个主要部分。利用类可以实现数据的封装、隐藏、继承与派生。利用类易于编写大型复杂程序，其模块化程度比C中采用函数更高。,类 和 对 象,14,类的声明形式,类是一种用户自定义类型，声明形式：class 类名称 public: 公有成员（外部接口） private: 私有成员 protected: 保护型成员,类 和 对 象,15,公有类型成员,在关键字public后面声明，它们是类与外部的接口，任何外部函数都可以访问公有类型数据和函数。,类 和 对 象,16,私有类型成员,在关键字private后面声明，只允许本类中的函数访问，而类外部的任何函数都不能访问。如果紧跟在类名称的后面声明私有成员，则关键字private可以省略。,类 和 对 象,17,保护类型,与private类似，其差别表现在继承与派生时对派生类的影响不同，第七章讲。,类 和 对 象,18,类的成员,class Clock public: void SetTime(int NewH, int NewM, int NewS); void ShowTime(); private: int Hour, Minute, Second;,类 和 对 象,成员数据,成员函数,void Clock:SetTime(int NewH, int NewM, int NewS) Hour=NewH; Minute=NewM; Second=NewS;void Clock:ShowTime() coutHour:Minute:Second;,19,20,成员数据,与一般的变量声明相同，但需要将它放在类的声明体中。,类 和 对 象,21,成员函数,在类中说明原型，可以在类外给出函数体实现，并在函数名前使用类名加以限定。也可以直接在类中给出函数体，形成内联成员函数。允许声明重载函数和带默认形参值的函数,类 和 对 象,22,内联成员函数,为了提高运行时的效率，对于较简单的函数可以声明为内联形式。内联函数体中不要有复杂结构（如循环语句和switch语句）。在类中声明内联成员函数的方式：将函数体放在类的声明中。使用inline关键字。,类 和 对 象,23,内联成员函数举例(一),class Point public: void Init(int initX,int initY) X=initX; Y=initY; int GetX() return X; int GetY() return Y; private: int X,Y;,类 和 对 象,24,内联成员函数举例(二),class Point public: void Init(int initX,int initY); int GetX()； int GetY()； private: int X,Y;,类 和 对 象,inline void Point: Init(int initX,int initY) X=initX; Y=initY;inline int Point:GetX() return X;inline int Point:GetY() return Y;,25,26,定义类时应注意的事项 1、在类体中不允许对所定义的数据成员进行初始化。2、类中的数据成员的类型可以是任意的，包含整型、浮点型、字符型、数组、指针和引用等。也可以是对象。另一个类的对象，可以作该类的成员，但是自身类的对象是不可以的，而自身类的指针或引用又是可以的。当一个类的对象为这个类的成员时，如果这个类的定义在后，需要提前说明。,27,3、一般地，在类体内先说明公有成员，它们是用户所关心的，后说明私有成员，它们是用户不感兴趣的。在说明数据成员时，一般按数据成员的类型大小，由小至大说明，这样可提高时空利用率。 4、经常习惯地将类定义的说明部分或者整个定义部分(包含实现部分)放到一个头文件中。,28,对象,类的对象是该类的某一特定实体，即类类型的变量。声明形式： 类名 对象名；例： Clock myClock;,类 和 对 象,29,类中成员的访问方式,类中成员互访直接使用成员名类外访问使用“对象名.成员名”方式访问 public 属性的成员,类 和 对 象,30,例4-1类的应用举例,#includeusing namespace std;class Clock ./类的声明略/.类的实现略int main() Clock myClock; myClock.SetTime(8,30,30); myClock.ShowTime();,类 和 对 象,31,构造函数,构造函数的作用是在对象被创建时使用特定的值构造对象，或者说将对象初始化为一个特定的状态。在对象创建时由系统自动调用。如果程序中未声明，则系统自动产生出一个默认形式的构造函数允许为内联函数、重载函数、带默认形参值的函数,构造函数和析构函数,32,构造函数举例,class Clockpublic:Clock(int NewH,int NewM,int NewS);/构造函数void SetTime(int NewH,int NewM,int NewS);void ShowTime();private:int Hour,Minute,Second;,构造函数和析构函数,构造函数的实现：Clock:Clock(int NewH, int NewM, int NewS)Hour= NewH;Minute= NewM;Second= NewS;建立对象时构造函数的作用：int main() Clock c(0,0,0); /隐含调用构造函数，将初始值作为实参。 c.ShowTime();,33,34,由程序分析得构造函数的特点如下：1、构造函数是成员函数，函数体可写在类体内，也可定在类体外。2、构造函数是一个特殊的函数，该函数的名字与类名相同，该函数不指定类型说明，它有隐含的返回值，该值由系统内部使用。该函数可以有一个参数，也可以有多个参数。 3、构造函数可以重载，即可以定义多个参数个数不同的函数。 4、程序中不能直接调用构造函数， 构造函数是在对象被定义时隐含调用的，它不能显式调用；它的作用为(1)分配对象的存储空间；(2)执行构造函数，作初始化工作；,35,初始化时，构造函数可用两种方式把值赋给成员：（1）接受该值作为参量，并在构造函数体内赋给其成员。例如：class X int a, b ;/ 默认为 private 成员 public: X( int i , int j ) a = i ; b = j ; ,36,（2）使用初始化列表的方法。例如：class X int a, b ; public: X( int i , int j ) : a ( i ) ， b ( j ) ; ,37,析构函数,完成对象被删除前的一些清理工作。在对象的生存期结束的时刻系统自动调用它，然后再释放此对象所属的空间。如果程序中未声明析构函数，编译器将自动产生一个默认的析构函数。,构造函数和析构函数,38,构造函数和析构函数举例,#includeusing namespace std;class Point public: Point(int xx,int yy); Point(); /.其他函数原型 private: int X,int Y;,构造函数和析构函数,39,Point:Point(int xx,int yy) X=xx; Y=yy;Point:Point()/.其他函数的实现略,39,40,写出下列程序的运行结果：#include #include class MyDatepublic: MyDate(char *,int,int,int); /构造函数声明 MyDate(); /析构函数声明protected: int year,month,day; char name30;,40,41,MyDate:MyDate(char * pName,int y,int m,int d)/构造函数实现 strcpy(name,pName); year=y; month=m; day=d; coutConstructed object: name month-day-yearendl;MyDate:MyDate() coutDestructed object: name month-day-yearendl;,41,42,void main() MyDate Tower(Tower,1980,10,24); MyDate Rose(Rose,1982,3,15); MyDate Jack(Jack,1981,8,8); coutOK!endl;,42,43,运行结果为：Constructed object: Tower 10-24-1980Constructed object: Rose 3-15-1982Constructed object: Jack 8-8-1981OK!Destructed object: Jack 8-8-1981Destructed object: Rose 3-15-1982 Destructed object: Tower 10-24-1980,43,44,写出下列程序的运行结果：#include class Testpublic:Test();Test(int,int);Test();void print();protected:int m,n;,44,45,Test:Test()m=n=0;coutConstructing Test().;print();Test:Test(int a,int b)m=a;n=b;coutConstructing Test(int int).;,45,46,Test:Test()coutDestructor called!.;print();void Test:print()coutm=m; n=nendl;void main()Test Tower;Test Rose(10,24);Rose.print();coutProgram finished!n;,46,47,运行结果为：Constructing Test() .m=0;n=0Constructing Test(int int).m=10;n=24Program finished!Destructor called!.m=10;n=24Destructor called!.m=0;n=0,47,48,拷贝构造函数,拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。拷贝构造函数的功能是用一个已有对象初始化一个正在建立的同类对象。class 类名 public : 类名（形参）；/构造函数 类名（类名 &对象名）；/拷贝构造函数 .；类名:类（类名 &对象名）/拷贝构造函数的实现 函数体 ,构造函数和析构函数,49,拷贝构造函数(例4-2),class Point public: Point(int xx=0,int yy=0)X=xx; Y=yy; Point(Point,构造函数和析构函数,Point:Point (Point,50,51,拷贝构造函数(例4-2),当用类的一个对象去初始化该类的另一个对象时系统自动调用拷贝构造函数实现拷贝赋值。int main() Point A(1,2); Point B(A); /拷贝构造函数被调用 coutB.GetX()endl;,构造函数和析构函数,52,拷贝构造函数(例4-2),若函数的形参为类对象，调用函数时，实参赋值给形参，系统自动调用拷贝构造函数。例如：void fun1(Point p) coutp.GetX()endl; int main() Point A(1,2); fun1(A); /调用拷贝构造函数,构造函数和析构函数,53,拷贝构造函数(例4-2),当函数的返回值是类对象时，系统自动调用拷贝构造函数。例如：Point fun2() Point A(1,2); return A; /调用拷贝构造函数int main() Point B; B=fun2(); ,构造函数和析构函数,54,默认的拷贝构造函数,如果程序员没有为类声明拷贝初始化构造函数，则编译器自己生成一个默认的拷贝构造函数。这个构造函数执行的功能是：用作为初始值的对象的每个数据成员的值，初始化将要建立的对象的对应数据成员。,构造函数和析构函数,55,浅拷贝与深拷贝,类中没有定义拷贝构造函数，那么编译器将提供一个默认拷贝构造函数（就象没的提供构造函数，C+会提供默认构造函数一样）称为浅拷贝。如果定义了拷贝构造函数，则称为深拷贝。,56,(1)浅拷贝,请看下面的例子：#include #include class MyDatepublic: MyDate(char *,int,int,int); MyDate(); void print();protected: int year,month,day; char name30;,57,MyDate:MyDate(char * pName,int y,int m,int d) strcpy(name,pName); year=y; month=m; day=d; print();MyDate:MyDate() coutDestructed object: name month-day-yearendl;,58,void MyDate:print() coutConstructed object: name month-day-yearendl;void main() MyDate Tower(Tower,1980,10,24);/创建对象Tower MyDate Jack=Tower;/利用已经创建的对象Tower拷贝构造新 /的对象Jack，等效于：MyDate Jack(Tower); coutOK!endl;,59,请思考一下运行结果会是什么呢？主程序中创建了两个对象Tower和Jack，通常认为会有调用两次构造函数和两次析构函数，但事实并非如此，其运行结果为：Constructed object: Tower 10-24-1980OK!Destructed object: Tower 10-24-1980Destructed object: Tower 10-24-1980,60,这是什么原因呢？Tower是通过普通带参数的构造函数初始化，Jack通过拷贝方式初始化，只是由于没有定义拷贝构造函数，由C+提供默认的拷贝构造函数，这种方式便是浅拷贝。通过程序不难看出：浅拷贝构造函数仅拷贝对象，而不拷贝对象资源。也就是说，浅拷贝的两个对象拥有同一个资源这就是为什么创建了两个对象却只调用了一次构造函数的原因。,61,也许有人会认为这样可以节省系统资源，然而事实并非如此！因为对象在析构的时候，共同拥有的资源将被析构两次这就是为什么会有两次调用析构函数的原因 。,62,在这个例子中，程序没有出错，这是幸运的，因为我们并没有真正对系统资源进行操作（例子中的析构过程仅仅是输出一些字符）。试想，如果对象的资源是堆空间，在构造时通过new申请，析构时通过delete释放，那么按照上面的例子，必然会出现第二次析构时找不到delete对象了（因为第一次析构时便将其释放了）！这样的操作结果可能是灾难性的！这就使我们自然而然地想到了另一种拷贝构造方式：既拷贝对象，又拷贝资源。,63,(2)深拷贝,深拷贝是指在拷贝构造函数时既拷贝对象，又拷贝资源的方式。它需要在类中声明并定义好拷贝构造函数。,64,#include #include class MyDatepublic: MyDate(char *,int,int,int); MyDate(MyDate ,65,MyDate:MyDate(char * pName,int y,int m,int d) strcpy(name,pName); year=y; month=m; day=d; print();,66,MyDate:MyDate(MyDate ,67,MyDate:MyDate() coutDestructed object: name month-day-yearendl;void MyDate:print() coutConstructed object: name month-day-yearendl;,68,void main() MyDate Tower(Tower,1980,10,24); MyDate Jack=Tower;/利用已经创建的对象Tower 拷贝构造新的对象Jack coutOK!endl;cout/看看他们的地址情况,69,运行结果为：Constructed object: Tower 10-24-1980Constructed object: Copy of Tower 10-24-1980OK!Destructed object: Copy of Tower 10-24-1980Destructed object: Tower 10-24-1980,70,一个很好的经验是：如果你的类需要析构函数来析构资源，则它需要一个拷贝构造函数。,71,分析下列程序的运行结果：#include iostream.hclass Point public: Point(int xx=0,int yy=0)X=xx; Y=yy;cout构造函数被调用endl; Point(Point,72,Point:Point (Point,73,void fun1(Point p) coutp.GetX()endl; Point fun2() Point A(1,2); return A; /调用拷贝构造函数,74,void main() Point A(1,2);/构造函数被调用 Point B(A); /拷贝构造函数被调用 fun1(A); /调用拷贝构造函数 B=fun2(); coutB.GetX()endl;,75,运行结果如下：,76,类的应用举例(例4-3),一圆形游泳池如图所示，现在需在其周围建一圆形过道，并在其四周围上栅栏。栅栏价格为35元/米，过道造价为20元/平方米。过道宽度为3米，游泳池半径由键盘输入。要求编程计算并输出过道和栅栏的造价。,#include using namespace std;const float PI = 3.14159;const float FencePrice = 35;const float ConcretePrice = 20;/声明类Circle 及其数据和方法class Circle private: float radius; public: Circle(float r); /构造函数 float Circumference() const; /圆周长 float Area() const; /圆面积;,77,/ 类的实现/ 构造函数初始化数据成员radiusCircle:Circle(float r)radius=r/ 计算圆的周长float Circle:Circumference() const return 2 * PI * radius; / 计算圆的面积 float Circle:Area() const return PI * radius * radius;,78,void main () float radius; float FenceCost, ConcreteCost; / 提示用户输入半径 coutradius; / 声明 Circle 对象 Circle Pool(radius); Circle PoolRim(radius + 3);,79,/计算栅栏造价并输出 FenceCost=PoolRim.Circumference()*FencePrice; coutFencing Cost is ￥FenceCostendl; /计算过道造价并输出 ConcreteCost=(PoolRim.Area()- Pool.Area()*ConcretePrice; coutConcrete Cost is ￥ConcreteCostendl;运行结果Enter the radius of the pool: 10Fencing Cost is ￥2858.85Concrete Cost is ￥4335.39,80,81,组合的概念,类中的成员数据是另一个类的对象。可以在已有抽象的基础上实现更复杂的抽象。,类 的 组 合,82,举例,class Point private: float x,y; /点的坐标 public: Point(float h,float v); /构造函数 float GetX(); /取X坐标 float GetY(); /取Y坐标 void Draw(); /在(x,y)处画点;/.函数的实现略,类 的 组 合,class Line private: Point p1,p2; /线段的两个端点 public: Line(Point a,Point b); /构造函数 Void Draw(); /画出线段;/.函数的实现略,83,84,类组合的构造函数设计,原则：不仅要负责对本类中的基本类型成员数据赋初值，也要对对象成员初始化。声明形式：类名:类名(对象成员所需的形参，本类成员形参) :对象1(参数)，对象2(参数)，. 本类初始化 ,类 的 组 合,85,类组合的构造函数调用,构造函数调用顺序：先调用内嵌对象的构造函数（按内嵌时的声明顺序，先声明者先构造）。然后调用本类的构造函数。（析构函数的调用顺序相反）若调用默认构造函数（即无形参的），则内嵌对象的初始化也将调用相应的默认构造函数。,类 的 组 合,86,类的组合举例（二）,class Part /部件类 public: Part(); Part(int i); Part(); void Print(); private: int val;,类 的 组 合,class Whole public: Whole(); Whole(int i,int j,int k); Whole(); void Print(); private: Part one; Part two; int date;,87,Whole:Whole() date=0;Whole:Whole(int i,int j,int k): two(i),one(j),date(k)/.其他函数的实现略,88,89,前向引用声明,类应该先声明，后使用如果需要在某个类的声明之前，引用该类，则应进行前向引用声明。前向引用声明只为程序引入一个标识符，但具体声明在其他地方。,类 的 组 合,90,前向引用声明举例,class B; /前向引用声明class A public: void f(B b);class B public: void g(A a);,类 的 组 合,91,前向引用声明注意事项,使用前向引用声明虽然可以解决一些问题，但它并不是万能的。需要注意的是，尽管使用了前向引用声明，但是在提供一个完整的类声明之前，不能声明该类的对象，也不能在内联成员函数中使用该类的对象。请看下面的程序段：class Fred; /前向引用声明class Barney Fred x; /错误：类Fred的声明尚不完善;class Fred Barney y;,类 的 组 合,92,前向引用声明注意事项,class Fred;/前向引用声明 class Barney public: void method() x-yabbaDabbaDo();/错误：Fred类的对象在定义之前被使用 private: Fred* x;/正确，经过前向引用声明，可以声明Fred类的对象指针 ; class Fred public: void yabbaDabbaDo(); private: Barney* y; ;,类 的 组 合,93,前向引用声明注意事项,应该记住：当你使用前向引用声明时，你只能使用被声明的符号，而不能涉及类的任何细节。,类 的 组 合,94,作业:P123:4-1、4-2、4-3、4-4、4-5上机题1：4-9、4-11上机题2：1.构造能在屏幕上显示的圆类和矩形类，要求能获得私有属性的值和图形的面积，并分别测试这两个类。2.定义一个复数类，完成复数的加减运算。3. 声明一个 CPU 类，包含等级（rank）、频率（frequency）、电压（voltage）等属性， 有两个公有成员函数 run、stop。其中，rank 为枚举类型 CPU_Rank，声明为 enum CPU_Rank P1=1,P2,P3,P4,P5,P6,P7，frequency 为单位是 MHz 的整型数，voltage 为 浮点型的电压值。观察构造函数和析构函数的调用顺序。 4. 声明一个简单的 Computer 类，有数据成员芯片（cpu）、内存（ram）、光驱（cdrom） 等等，有两个公有成员函数 run、stop。cpu 为 CPU 类的一个对象，ram 为 RAM 类的 一个对象，cdrom 为 CDROM 类的一个对象，声明并实现这个类。,95,UML简介,UML语言是一种可视化的的面向对象建模语言。UML有三个基本的部分事物（Things）UML中重要的组成部分，在模型中属于最静态的部分，代表概念上的或物理上的元素关系（Relationships）关系把事物紧密联系在一起图（Diagrams）图是很多有相互相关的事物的组,UML图形标识,96,UML中有4种类型的事物,结构事物（Structural things）动作事物（Behavioral things）分组事物（Grouping things）注释事物（Annotational things）,UML图形标识,97,UML中的关系,依赖（Dependencies） 关联（Association） 泛化（Generalization） 实现（Realization）,UML图形标识,98,UML中的9种图,类图（Class diagram）对象图（Object diagram）用例图（Use case diagram）顺序图（Sequence diagram）协作图（Collaboration diagram）状态图（Statechart diagram）活动图（Activity diagram）组件图（Component diagram）实施图（Deployment diagram）,UML图形标识,99,类图,举例：Clock类的完整表示Clock类的简洁表示,UML图形标识,100,对象图,UML图形标识,101,类与对象关系的图形标识,依赖关系图中的“类A”是源，“类B”是目标，表示“类A”使用了“类B”，或称“类A”依赖“类B”,UML图形标识,102,类与对象关系的图形标识,作用关系关联图中的“重数A”决定了类B的每个对象与类A的多少个对象发生作用，同样“重数B”决定了类A的每个对象与类B的多少个对象发生作用。,UML图形标识,103,类与对象关系的图形标识,包含关系聚集和组合,聚集表示类之间的关系是整体与部分的关系，“包含”、“组成”、“分为部分”等都是聚集关系。,UML图形标识,104,类与对象关系的图形标识,继承关系泛化,UML图形标识,105,注释,在UML图形上，注释表示为带有褶角的矩形，然后用虚线连接到UML的其他元素上，它是一种用于在图中附加文字注释的机制。,UML图形标识,106,小结与复习建议,主要内容面向对象的基本概念、类和对象的声明、构造函数、析构函数、内联成员函数、拷贝构造函数、类的组合达到的目标学会将一段功能相对独立的程序写成一个函数，为下一章学习类和对象打好必要的基础。实验任务实验四,