类与对象的基本概念.ppt

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1、第七章 类与对象的基本概念,清华大学 郑 莉,教材：C+语言程序设计（第4版）第4章 4.1.4.3，4.5，4.6，4.8，4.9第5章 5.35.5,目录,7.1 面向对象程序设计的基本特点7.2 类和对象7.3 构造函数和析构函数7.4 UML图形标识7.5 结构体7.6 类的静态成员7.7 类的友元7.8 共享数据的保护7.9 深度探索7.10 小结,2,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。,3,7.1 面向对象程序设计的基本特点,7.1.1 抽象,抽象是

2、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。,4,7.1 面向对象程序设计的基本特点,抽象实例钟表,数据抽象：int hour,int minute,int second代码抽象：setTime(),showTime(),5,7.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象,抽象实例钟表（续）,class Clock public:void setTime(int newH,int

3、newM,int newS);void showTime();private:int hour,minute,second;,6,7.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象,抽象实例人,数据抽象：string name,string 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(),7,7.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象,7.1.2 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。目的是增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

4、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,8,7.1 面向对象程序设计的基本特点,7.1.2 封装（续）,实例：class Clock public:void setTime(int newH,int newM,int newS);void showTime();private:int hour,minute,second;,9,7.1 面向对象程序设计的基本特点,特定的访问权限,7.1.3 继承,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11讲,10,7.1 面向对象程序设计的基本特点,7.1.4

5、 多态,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11讲,11,7.1 面向对象程序设计的基本特点,7.2 类和对象,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。,12,7.2.1 类的定义,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,13,7.2 类

6、和对象,7.2.2 类成员的访问控制 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。,14,7.2 类和对象,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。,15,7.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制,保护类型成员,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。,16,7.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制,7.2.3 对象,类的对象是该类的某一特定实体，即类类型的

7、变量。声明形式：类名 对象名；例：Clock myClock;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,17,7.2 类和对象,7.2.4 类的成员函数,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,18,7.2 类和对象,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。,1

8、9,7.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数,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;,20,7.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数,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;,21,7.2 类和对象 7.2.4

9、类的成员函数,内联成员函数举例（三）,inline void Point:init(int initX,int initY)x=initX;y=initY;inline int Point:getX()return x;inline int Point:GetY()return y;,22,7.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数,7.2.5 程序实例例7-1（教材例4-1）,#includeusing namespace std;class Clockpublic:void setTime(int newH=0,int newM=0,int newS=0);void showTime();

10、private:int hour,minute,second;int main()Clock myClock;myClock.setTime(8,30,30);myClock.showTime();return 0;,23,7.2 类和对象,运行结果：First time set and output:0:0:0Second time set and output:8:30:30,例7-1（续）类的实现,void Clock:setTime(int newH,int newM,int newS)hour=newH;minute=newM;second=newS;void Clock:showT

11、ime()cout hour:minute:second;,24,7.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制,7.3.1 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隐含的参数列表为空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,25,7.3 构造函数和析构函数,构造函数举例,class Clock public:Clock(int newH,int newM,int newS);/构造函数void setTime(int newH,int newM,int n

12、ewS);void showTime();private:int hour,minute,second;,26,7.3 构造函数和析构函数 7.3.1 构造函数,构造函数举例（续）,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();return 0;,27,7.3 构造函数和析构函数 7.3.1 构造函数,7.3.2 拷贝构造函数,拷贝构造函数是

13、一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。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,28,7.3 构造函数和析构函数,例7-2（教材例4-2）Point类的完整程序,class Point/Point 类的定义public:Point(int xx=0,int yy=0)x=xx;y=yy;/构造函数Point(Point,29,7.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数,/形参为Point类对象的函数void fun1(Point p)cout p.getX()endl;

14、/返回值为Point类对象的函数Point fun2()Point a(1,2);return a;/主程序int main()Point a(4,5);/第一个对象APoint b=a;/情况一，用A初始化B。第一次调用拷贝构造函数cout b.getX()endl;fun1(b);/情况二，对象B作为fun1的实参。第二次调用拷贝构造函数b=fun2();/情况三，函数的返回值是类对象，函数返回时调用拷贝构造函数cout b.getX()endl;return 0;,30,7.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数,例4-2（续）,隐含的拷贝构造函数,如果程序员没有为类声明拷贝初

15、始化构造函数，则编译器自己生成一个隐含的拷贝构造函数。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。,31,7.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数,7.3.3 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隐含的析构函数。,32,7.3 构造函数和析构函数,构造函数和析构函数举例,#include using namespace std;class Point public:Point(int xx,int yy);P

16、oint();/.其他函数原型private:int x,y;,33,7.3 构造函数和析构函数 7.3.3 析构函数,Point:Point(int xx,int yy)x=xx;y=yy;Point:Point()/.其他函数的实现略,7.3.4 程序实例例7-3（教材例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。,34,7.3 构造函数和析构函数,#include using namespace std;const float PI

17、=3.141593;/给出p的值const float FENCE_PRICE=35;/栅栏的单价const float CONCRETE_PRICE=20;/过道水泥单价class Circle/声明定义类Circle 及其数据和方法public:/外部接口Circle(float r);/构造函数float circumference();/计算圆的周长float area();/计算圆的面积private:/私有数据成员float radius;/圆半径;/类的实现/构造函数初始化数据成员radiusCircle:Circle(float r)radius=r;,35,7.3 构造函数和

18、析构函数 7.3.4 程序实例,例7-3（续）,float Circle:circumference()/计算圆的周长 return 2*PI*radius;float Circle:area()/计算圆的面积 return PI*radius*radius;int main()float radius;cout radius;Circle pool(radius);/游泳池边界Circle poolRim(radius+3);/栅栏/计算栅栏造价并输出 float fenceCost=poolRim.circumference()*FENCE_PRICE;cout Fencing Cost

19、is$fenceCost endl;,36,7.3 构造函数和析构函数 7.3.4 程序实例,例7-3（续）,/计算过道造价并输出float concreteCost=(poolRim.area()-pool.area()*CONCRETE_PRICE;cout Concrete Cost is$concreteCost endl;return 0;运行结果：Enter the radius of the pool:10Fencing Cost is$2858.85Concrete Cost is$4335.4,37,7.3 构造函数和析构函数 7.3.4 程序实例,例7-3（续）,7.4.1

20、 UML简介,UML（Unified Modeling Language）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,38,7.4 UML图形标识,7.4.2 UML类图,举例：Clock类的完整表示Clock类的简洁表示,39,7.4 UML图形标识,对象图,40,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,几种关系的图形标识,依赖关系图中的“类A”是源，“类B”是目标

21、，表示“类A”使用了“类B”，或称“类A”依赖“类B”,41,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,几种关系的图形标识,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。,42,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,几种关系的图形标识,包含关系聚集和组合 共享聚集 组成聚集（简称组合）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。共享聚集：部分可以参加多个整体；组成聚集：整体拥有各个部分，整体与部分共存，如果整体不存在了，那么部分也就不存在了。,

22、43,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,例7-5（教材例4-5）采用UML方法来描述例7-4中Line类和Point类的关系,44,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,几种关系的图形标识,继承关系泛化,45,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,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。,46,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,例7-6（教材例4-6）带有注释的Line类和Point类关系的描述,47,7.4 UML图形标识 7.4.2 UML类图,7.5结构体,结

23、构体是一种特殊形态的类与类的唯一区别：类的缺省访问权限是private，结构体的缺省访问权限是public结构体存在的主要原因：与C语言保持兼容什么时候用结构体而不用类定义主要用来保存数据、而没有什么操作的类型人们习惯将结构体的数据成员设为公有，因此这时用结构体更方便,48,结构体的定义和初始化,结构体定义struct 结构体名称 公有成员protected:保护型成员private:私有成员;一些结构体变量的初始化可以用以下形式类型名 变量名=成员数据1初值,成员数据2初值,;,49,7.5 结构体,7.6.1 静态数据成员,静态数据成员用关键字static声明该类的所有对象维护该成员的同一

24、个拷贝，静态数据成员具有静态生存期。必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。,50,7.6 类的静态成员,例7-7（教材例5-4）具有静态数据成员的Point类,51,7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员,#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,52,例7-7（续）,7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员,void

25、 showCount()/输出静态数据成员cout Object count=count endl;private:/私有数据成员int x,y;static int count;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;int Point:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定int main()/主函数Point a(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1cout Point A:a.getX(),a.getY();a.showCount();/输出对象个数Point b(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1cout Point B:b.getX()

26、,b.getY();b.showCount();/输出对象个数return 0;,53,例7-7 续,7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员,例7-7（续）,运行结果：Point A:4,5 Object count=1 Point B:4,5 Object count=2,54,7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员,7.6.2 静态函数成员,静态函数成员类外代码可以使用类名和作用域操作符来调用静态成员函数。静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数。,55,7.6 类的静态成员,例7-8（教材例5-5）具有静态数据、函数成员的 Point类,56,7.6 类的

27、静态成员 7.6.2 静态函数成员,#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,57,7.6 类的静态成员 7.6.2 静态函数成员,例7-8（续）,private:/私有数据成员int x,y;static int count;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;int Point:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定i

28、nt main()/主函数Point a(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1cout Point A:a.getX(),a.getY();Point:showCount();/输出对象个数Point b(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1cout Point B:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return 0;,58,7.6 类的静态成员 7.6.2 静态函数成员,例7-8（续）,7.7 类的友元,友元是C+提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。通过将一个模块声明为另一个模块的友元，一个模块能够引用到另一

29、个模块中本是被隐藏的信息。可以使用友元函数和友元类。为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。,59,7.7.1 友元函数,友元函数是在类声明中由关键字friend修饰说明的非成员函数，在它的函数体中能够通过对象名访问 private 和 protected成员作用：增加灵活性，使程序员可以在封装和快速性方面做合理选择。访问对象中的成员必须通过对象名。,60,7.7 类的友元,例7-8（教材例5-6）使用友元函数计算两点间的距离,#include#include class Point/Point类声明public:/外部接口Point(int x=0,int

30、y=0):x(x),y(y)int getX()return x;int getY()return y;friend float dist(Point,61,7.7 类的友元 7.7.1 友元函数,例7-8（续）,float dist(Point,62,7.7 类的友元 7.7.1 友元函数,运行结果：The distance is:5,7.7.2 友元类,若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。,63,7.7 类的友元,友元类举例,class A friend class B;public:void dis

31、play()cout x endl;private:int x;class B public:void set(int i);void display();private:A a;,64,7.7 类的友元 7.7.2 友元类,void B:set(int i)a.x=i;void B:display()a.display();,友元关系是单向的,如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。,65,7.7 类的友元 7.7.2 友元类,7.8.1 常对象,常类型的对象必须进行初始化，而且不能被更新。常对象：必须进行初始化

32、,不能被更新。const 类名 对象名常引用：被引用的对象不能被更新。const 类型说明符&引用名常数组：数组元素不能被更新(下一章介绍)。类型说明符 const 数组名大小.常指针：指向常量的指针(下一章介绍)。,66,7.8 共享数据的保护,常对象举例,class A public:A(int i,int j)x=i;y=j;.private:int x,y;A const a(3,4);/a是常对象，不能被更新,67,7.8 共享数据的保护 7.8.1 常对象,用const修饰的对象成员,常成员函数使用const关键字说明的函数。常成员函数不更新对象的数据成员。常成员函数说明格式：类型

33、说明符 函数名（参数表）const;这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。const关键字可以被用于参与对重载函数的区分通过常对象只能调用它的常成员函数。常数据成员使用const说明的数据成员。,68,7.8 共享数据的保护,例7-9（教材例5-7）常成员函数举例,#includeusing namespace std;class R public:R(int r1,int r2):r1(r1),r2(r2)void print();void print()const;private:int r1,r2;,69,7.8 共享数据的保护 7.8.2 用c

34、onst修饰的对象成员,例7-9（续）,void R:print()cout r1:r2 endl;void R:print()const cout r1;r2 endl;int main()R a(5,4);a.print();/调用void print()const R b(20,52);b.print();/调用void print()constreturn 0;,70,7.8共享数据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员,运行结果：5:420;52,例7-10（教材例5-8）常数据成员举例,#include using namespace std;class A public:

35、A(int i);void print();private:const int a;static const int b;/静态常数据成员;,71,7.8 共享数据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员,例7-10（续）,const int A:b=10;A:A(int i):a(i)void A:print()cout a:b endl;int main()/*建立对象a和b，并以100和0作为初值，分别调用构造函数，通过构造函数的初始化列表给对象的常数据成员赋初值*/A a1(100),a2(0);a1.print();a2.print();return 0;,72,7.8 共享数

36、据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员,运行结果：100:100:10,7.8.3 常引用,如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。常引用所引用的对象不能被更新。如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：const 类型说明符,73,7.8 共享数据的保护,例7-11（教材例5-9）常引用作形参,#include#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)int getX()return x;in

37、t getY()return y;friend float dist(const Point,74,7.8 共享数据的保护 7.8.3 常引用,例7-11（续）,float dist(const Point,75,7.8 共享数据的保护 7.8.3 常引用,7.9.1 用构造函数定义类型转换,单参数构造函数可以设立类型转换Point(1)表示创建一个临时对象，同时也表示显式类型转换与Point(1)等价的形式：(Point)1static_cast(1)无论形式为何，执行转换时都会创建临时对象,76,7.9 深度探索,隐含转换,由构造函数确立的类型转换，可以隐含执行例：Line x(1,4);

38、效果：构造以(1,0)和(4,0)两坐标为端点的线段，这里Point的构造函数被隐含调用避免隐含转换的发生在构造函数中使用explicit关键字，explicit要写在类定义中的构造函数前,77,7.9 深度探索 7.9.1 用构造函数定义类型转换,C+中的类型转换,static_cast用法：static_cast(expression)该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要有如下几种用法：用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换是安全的；进行下行转换时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。用于基本数据类型

39、之间的转换，如把int转换成char。这种转换的安全性也要开发人员来保证。把空指针转换成目标类型的空指针。把任何类型的表达式转换成void类型。,78,C+中的类型转换,const_cast用法：const_cast(expression)该运算符用来修改类型的const或volatile属性。常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；常量对象被转换成非常量对象。,79,C+中的类型转换,dynamic_cast用法：dynamic_cast(expression)该运算符把expression转换成type-id类型的对象。typ

40、e-id必须是类的指针、类的引用或者void*；如果type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还可以用于类之间的交叉转换。在类层次间进行上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果是一样的；在进行下行转换时，dynamic_cast具有类型检查的功能，比 static_cast更安全。,80,C+中的类型转换,dynamic_castdynamic_cast是ANSI C+中仅有的两个与RTTI(Run Time

41、 Type Identification)有关的用法之一。C+的类继承，使得有时很难弄清楚你正在使用的object属于哪个class，特别是当继承树比较深并且比较复杂的时候。主流的C+编译器为了满足一些吝啬的C程序员的要求，一般都提供了把RTTI关掉的编译选项，这样确实可以减少一些空间开销。而如果你使用了这样的编译选项，而你的程序中又使用了dynamic_cast，就会引起的程序崩溃。,81,C+中的类型转换,reinterpret_cast用法：reinterpret_cast(expression)reinterpret_cast是C+里的强制类型转换符。操作符修改了操作数类型，但仅仅是重

42、新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换。reinterpret_cast只能在指针之间转换。,82,对象作为函数参数和返回值的传递方式,对象参数的传递方式通过运行栈来传递主调函数调用拷贝构造函数，在运行栈的传参区域上创建对象被调函数可以读取传参区域上的对象有时对拷贝构造函数的调用可以省去例：z.add(Complex(3,4)直接调用构造函数Complex(float,float)，在运行栈的传参区域上建立对象,83,7.9 深度探索,对象作为函数参数和返回值的传递方式（续）,对象作为返回值传递方式在主调函数中创建临时对象主调函数把该对象地址（引用）传递给被调函数被调函数返回时，在该

43、地址上执行拷贝构造,84,7.9 深度探索,Point fun2()Point a(1,2);return a;,void fun2(_Point,b=fun2();,_Point temp;fun2(temp);b=temp;,对象作为函数参数和返回值的传递方式（续）,有时返回时可以不调用拷贝构造函数例：return Point(1,2);直接调用构造函数Point(int,int)，生成返回的对象有时主调函数中可以不建立临时对象例：Point p=fun2();先为p申请空间，调用fun2()前传递p的地址，这样在返回时可直接在p的空间上构造返回对象,85,7.9 深度探索,7.10 小结,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、类的静态成员、类的友元、共享数据的保护达到的目标掌握类与对象的基本概念，能够在程序中定义类和对象，定义构造与析构函数。会定义和使用类的静态成员、友元，能够实现共享数据的保护,86,