C语言从结构化程序设计到面向对象.ppt

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1、1,第9章 从结构化程序设计到面向对象的程序设计,北京交通大学计算机学院计算机程序设计基础课程组,2,教学目标,了解C+对C的扩充和改进掌握面向对象程序设计的基本思想和方法掌握面向对象的概念理解面向对象程序设计的特性,3,9.1 C+对C的改进和扩充 9.2 面向对象程序设计方法9.2.1 面向对象概念9.2.2 类和对象 9.2.3 面向对象程序设计的特性,4,9.1.1 输入输出流,scanf和printf输入输出的缺陷输入输出流的概念：输入输出是以字节流的形式实现的，流实际上是一个字节序列。在输入操作中，字节从输入设备流向内存；输出操作中，字节从内存流向输出设备。流是一个抽象的概念，实际

2、进行输入输出时，流通常都是和某种具体的物理设备联系起来。键盘和显示器是计算机的标准输入输出设备，数据从键盘或磁盘文件流入内存的操作称为提取操作，数据从内存流向屏幕或磁盘文件称为插入操作。,9.1 C+对C的改进和扩充,5,用cout进行输出 用cout进行输出时必须与预定义的插入符void main()int i=10;float j=8.5;char*str=Windows!;cout i=i endl;cout j=j endl;cout str=str endl;,9.1 C+对C的改进和扩充,6,用cin进行输入用cin进行输入时必须与预定义的提取符一起使用，输入时不用指定数据类型，也

3、可以使用多个提取符，将键盘输入的数据送到输入流cin中，然后存到内存。#includevoid main()/*主函数*/int i1,i2,sum;/*变量定义*/cout i1 i2;/*输入数据*/sum=i1+i2;/*计算i1,i2的和*/cout sum=sum endl;/*输出sum的值*/,9.1 C+对C的改进和扩充,7,1、重载的需要性在C中，每个函数需要唯一的名字，例如，求两个数中较大的数，对于不同类型需要不同的名字：int imax(int,int);float fmax(float,float);double dmax(double,double);函数的重载：即建

4、立多个同名函数，但每个函数的参数个数或类型不同，系统根据参数个数和类型决定调用哪个函数。例如，将上面三个函数的声明改为：int max(int,int);float max(float,float);double max(double,double);,9.1 C+对C的改进和扩充,9.1.2 函数的重载,8,2、使用说明仅返回类型不同，但函数名和形参都相同，则是非法的，如：int fun(int a,int b);long fun(int a,int b);同名函数应该具有相同的功能，仅数据类型不同而已，否则可读性受破坏当重载函数有默认参数时，应避免二义性int fun(int a,b=0)

5、;int fun(int a);/error,9.1 C+对C的改进和扩充,9,【例9-4】参数类型上不同的重载函数#includeint add(int,int);double add(double,double);void main()cout add(5,10)endl;cout add(5.6,10.2)endl;int add(int x,int y)return x+y;double add(double x,double y)return x+y;,9.1 C+对C的改进和扩充,10,【例9-5】参数个数上不同的重载函数#includeint min(int a,int b);i

6、nt min(int a,int b,int c);void main()cout min(-2,8)endl;cout min(3,5,4)endl;int min(int a,int b)return a b?a:b;int min(int a,int b,int c)int t=min(a,b);return min(t,c);,9.1 C+对C的改进和扩充,11,9.1.3 带默认参数的函数,函数定义时给一个或多个参数指定默认值，调用时，如果省略参数，自动按默认值传递。1.默认参数的声明(1)当有函数声明时void point(int x=3,int y=4)/声明中给出默认值void

7、 point(int x,int y)/定义中不允许给出默认值 coutxyendl;(2)没有函数声明时，在定义函数中给出默认值2.默认参数的顺序规定默认参数必须是最右边的参数，即一个指定了默认值参数的右边，不能出现没有指定的默认参数。void fun(int a=1,int b,int c=3);/errorvoid fun(int a,int b=2,int c=3);/ok,9.1 C+对C的改进和扩充,12,【例9-6】使用默认参数计算立方体体积#includeint volume(int length,int width=10,int height=20)void main()in

8、t l(50),w(40),h(30),area;area=volume(l,w,h);cout“The area of cube equal:t”areaendl;area=volume(l,w);cout“The area of cube equal:t”areaendl;area=volume(l);cout“The area of cube equal:t”areaendl;int volume(int length,int width,int height)return length*width*height;,13,9.1.4 内联函数,1.内联函数的需要性#include int

9、 isnumber(char);/函数声明void main()char c;while(c=cin.get()!=n)if(isnumber(c)/调用一个小函数 cout=0,9.1 C+对C的改进和扩充,14,2.解决办法限定符inline用于函数定义，称为内联函数。将isnumber()函数声明为inline，即在函数声明和定义中：inline int isnumber(char);/inline不能少void main()/inline int isnumber(char c)return(ch=0 3.内联函数的函数体限制：inline用于经常用的小函数（15行）内联函数内不能使用

10、循环和开关语句递归函数不能做内联函数,9.1 C+对C的改进和扩充,15,9.1.5 一元作用域运算符（:）,用:在同名局部变量作用域中访问全局变量#include double n=5;int main()float n=8;cout Local float value of n=n nGlobal double value of n=:n endl;return 0;,结果：Local float value of n=8Global double value of n=5,9.1 C+对C的改进和扩充,16,9.1.6 引用与函数,1.引用的概念引用是别名，声明引用的过程就是给某个变量建

11、立别名的过程。一般形式为：数据类型 说明：程序找引用的地址，只能找到所引用目标的地址引用一旦初始化，它就维系在一定的目标上不在分开,9.1 C+对C的改进和扩充,17,【例9-7】声明和使用引用#includevoid main()int num1=2;int,运行结果:num1=2rNum=2num1=5num2=5rNum=5&num1=0 x0012FF7C&num2=0 x0012FF74&rNum=0 x0012FF7C,9.1 C+对C的改进和扩充,18,2.引用作函数的参数【例9-8】用引用作函数参数。#includevoid squareByReference(int,9.1

12、C+对C的改进和扩充,不产生副本与指针作参数的相同点和区别,19,例：使用引用返回多个值。#include void Factor(int,int,9.1 C+对C的改进和扩充,20,3返回引用的函数函数返回引用时，直接将值返回给主调函数，不产生值的副本。#include float,9.1 C+对C的改进和扩充,21,9.2.1 面向对象的概念,1过程化程序设计：过程抽象过程化编程的不足：过程化编程中数据和对数据进行处理的程序是分离的，导致程序的维护很困难。而对于大型程序，过程化方法无法保证将程序中该放在一起的内容放在一个单元中，从而导致维护数据与代码的协调一致性要花费大量的资源。程序代码可

13、重用性差。除了一些接口十分简单的标准库函数外，几乎每遇到一个问题，都要针对具体问题作大量重复又繁琐的工作。,9.2 面向对象的程序设计方法,22,2面向对象程序设计：在数据抽象内部组织过程抽象认识事物时应从“对象”入手，然后再转向“过程”。把现实世界的对象，抽象为程序中的对象，用对象的概念自然地进行思考，从而大大减小软件开发的难度。在客观世界以及作为它的映射的软件系统中，“过程”和“操作”是不稳定的，而“对象”和“数据结构”则相对稳定多了。以“对象”或以“数据结构”为中心，软件的主体结构相对稳定，软件的可重用性较好。结构化程序设计是以函数为单位的，每个函数操作不同类型的数据。面向对象程序设计是

14、以对象类为单位的，每个类中包含了数据和对数据进行操作的函数。,9.2 面向对象的程序设计方法,23,9.2.2 类和对象,1对象（Object）客观世界中对象无处不在，人、汽车、房子、计算机、球等都是对象，人们通过对象来思考问题，具有较高的抽象能力。如我们能看到的是房子这个对象而不是一块块砖。这些对象都有一些共同的地方，即都有颜色、尺寸、重量、形状等属性（attribute）,并具有一些行为（behavior），如人能走路、说话、眨眼；汽车能加速、刹车、转向等。人们通过观察对象的属性和行为来了解对象。对象的属性描述了对象的状态，对象的行为描述了对象的功能。对象一般有如下特性：有一个名字以区别于

15、其它对象；有一些状态用来描述它的某些特征；有一组操作，每个操作决定了对象的一种功能或行为。,9.2 面向对象的程序设计方法,24,例如在学生学籍管理系统中，每个学生都可以看成一个对象。有一个学生名字叫张三，描述该对象如下：,9.2 面向对象的程序设计方法,对象的状态：学号：97001姓名：张三系别：物理住址：5号楼选修学分：26,对象的行为：注册退学年级变更转系地址变更修改学分,从实现机制看，“对象”是具有特殊属性（状态）和行为方式（方法）的封装体。状态指对象数据结构的内容和值，方法指一系列实现的步骤，由若干操作构成。对象占有存储空间，具有传统语言的数据类型，给对象分配存储单元即确定了给定时刻

16、该对象的状态，与每个对象相关的方法定义了该对象上的操作。,25,class student char name20;public:void print()cout name void printname()cout name;class course char cname20;public:void print()cout cname;,void f1(student P)P.printname();P.print();/向同一个对象发送不同的消息void f2(student P,course C)P.print();C.print();/向不同对象发送相同的消息,9.2 面向对象的程序设计

17、方法,2消息（Message）一个对象是独立存在的模块，通过消息激活机制可以把对象动态连接起来。所谓消息指的是用来请求对象执行某一处理或回答某些信息的要求。所谓发送消息，实际指的是一次函数调用。,26,9.2 面向对象的程序设计方法,3类（Class）类是对一组对象的抽象，它将该组对象具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。因此，具有相似的属性和行为的一组对象就可以抽象为类。例如，学籍管理系统中，张三和李四都是学生对象，都有学号、姓名、系别、住址、选修学分等属性，都能将进行注册、退学、年级变更、转系、地址变更和修改学分等操作，因此，可以将所有同学抽象为一个类学生类。类是所有具有共同

18、特征的对象的抽象，是一个抽象的概念；而对象是一个类中某个具体的实体，称为类的实例(Instance)。类和实例的关系，是抽象和具体的关系，对象是程序执行过程中由所属的类动态生成的。,27,9.2 面向对象的程序设计方法,例如，定义学生类如下：对象类：学生(Student)属性：学号(StudentNo)姓名(Name)系别(Department)住址(Address)选修学分(Credit)方法：注册(Enroll)退学(Drop)年级变更(ChangeLevel)转系(ChangeDept)地址变更(ChangeAddress)修改学分（ChangeCredit）,28,9.2.3 面向对象

19、程序设计特性,1.封装和数据隐藏(Encapsulation)封装是一种信息隐蔽技术，指的是将一个数据和与这个数据有关的操作集合放在一起形成对象，用户只能见到对象封装界面上的信息，对象内部对用户是隐蔽的。封装的目的:将设计者和使用者分开。使用者不必知道对象行为的细节，只需要使用设计者提供的协议命令对象去做即可。私有数据修改的方法:数据隐藏技术使对象内部的属性只能由该对象自己的方法进行修改，外界不能访问，外界只能通过对象提供的接口去访问这些属性，从而有效避免外界的错误对该对象的影响。,9.2 面向对象的程序设计方法,29,2继承性(Inheritance)如果有几个类有公共的属性或方法，最好创建

20、一个包含这些公共内容的新类来避免重复，归类的结果是逐步抽象的过程；反之，对于复杂的类最好划分为几个更特殊的类，层层分类，是概念逐步细化的过程。面向对象程序设计中允许用已有的类通过继承的方式创建新类，继承性是自动地共享类、子类和对象中的方法和数据的机制。新类称为派生类(dervied class)或子类(subclass)，已有类称为基类(base class)或父类(superclass)，子类继承父类的全部方法和属性。,9.2 面向对象的程序设计方法,30,例如，要定义一个新类研究生类，由于研究生也是学生，具有Student的全部属性，还有Student类没有的导师等属性，可以根据已有的St

21、udent类派生。对象类：研究生(Graduate)父类：学生(Student)属性：学位(Program)导师(Advisor)在职否(Occupation)方法：学位变更(ChangeProgram)导师变更(ChangeAdvisor)状态变更(ChangeOccupation),9.2 面向对象的程序设计方法,31,继承是可以传递的，继承可以使我们用一种简单的方法描述事物。下面是鱼类的继承层次结构：,9.2 面向对象的程序设计方法,32,3多态性(Polymorphism)多态性：指发出同样的消息被不同类型的对象接收时导致完全不同的行为。发送消息即函数调用，不同的行为指不同的实现。在多

22、个类中可能会存在一些名字相同，但实现过程和功能不同的方法，如：void f2(student P,course C)P.print();C.print();/向不同对象发送相同的消息P.print()向对象P发送了一个print()消息，结果调用Student类的print()函数打印出学生的名字。C.print()向对象C发送了一个print()消息，结果调用Course类的print()函数打印出课程的名字。同样一个消息print()，被不同的对象接收后，在不同的对象类中找到匹配的函数，会得到不同的解释，得到不同的结果。,9.2 面向对象的程序设计方法,33,9.3 本章小结,C+结构化程序设计对C的进行了扩充和改进，包括函数的重载、函数默认参数、内联函数、作用域运算符和引用C+中使用对象cin、cout与运算符、输入输出数据。面向对象程序以数据结构为中心，以类为单位进行编程。对象是类的实例，对象具有模块独立性，对象之间通过消息传递机制进行通信。面向对象的另外两个重要特性就是提供继承层次结构和多态性。,9.3 本章小结,34,思考题,面向对象程序设计的三个主要特征是什么？举例说明。什么是抽象？,