面向對象程序設計之類與對象

1、關于面向對象程序設計之類和對象第一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是面向對象的程序設計？面向對象的程序設計(Object-Oriented Programming )和傳統(tǒng)的結構化程序設計的思路完全不同。面向對象的程序設計和人們日常生活解決問題的思路是相似的。比如，我們生產汽車時，不是順序制造發(fā)動機，在設計制造底盤、車身、輪子。而是分別設計制造發(fā)動機、底盤、車身和輪子，最后組裝在一起。組裝時，各部件之間有聯(lián)系，以便協(xié)調工作。例如，司機踩油門，就能調節(jié)油路，控制發(fā)動機的轉速，就能驅動車輪。第二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象

2、程序設計方法概述程序設計者的任務有兩個：一是設計所需要的類和對象，即確定那些數(shù)據和操作封裝在一起；(類設計者、核心模塊產品提供商)二是考慮怎樣向有關對象發(fā)送消息，以啟動相關對象的操作。（主程序設計者，外包程序，面向用戶的公司）編程者如同一個總調度，不斷地向各個對象發(fā)出命令，讓這些對象活動起來，完成指定的工作。這就是面向對象的程序設計的基本思路。第三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是對象(object)？一個對象由一組“屬性”和一組“行為”構成。并根據外界給它的消息進行相應的操作。系統(tǒng)中多個對象通過一定的渠道相互聯(lián)系。任何事物都可以看成一個對象?？梢?/p>

3、是自然物體，也可以是邏輯結構。 例： 一個班級作為對象一個班級作為對象，有兩個要素：一是班級的靜態(tài)特征，如班級所屬的專業(yè)，學生人數(shù)、班主任姓名等，這種靜態(tài)特征稱為“屬性”；另一個是班級的動態(tài)特征，如上課，體育比賽，開會等，稱為“行為”。外界向班級發(fā)一個信息（如上課鈴聲，廣播通知），我們稱之為“消息”，班級就會發(fā)生一個操作（要么上課，要么開會）第四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是C+對象？C+中，每個對象都由若干數(shù)據（屬性）和若干函數(shù)（操作行為）組成。數(shù)據就是對象的“屬性”，函數(shù)就是用來對數(shù)據進行的“操作”，以便實現(xiàn)某種功能。這種操作就是對象的“行

4、為”，也叫“方法”。我們點擊一下鼠標，按動鍵盤的一個按鈕，就是給某個對象一個消息，系統(tǒng)回調用該對象中的函數(shù)進行操作。比如長方形對象，其長和寬就是它的屬性，調用該對象的一些函數(shù)，即向該對象傳送一些消息，可以用來對其長、寬值進行加工計算，以實現(xiàn)求出面積、周長等功能。第五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是對象封裝(encapsulation )？就是把對象的不想讓外界知道的屬性和功能屏蔽起來，讓外界看不見。封裝有兩個含義， 一是將有關的數(shù)據和操作函數(shù)封裝成一個基本單位，即對象內。各對象之間相互獨立，互不干擾； 二是將對象中的部分屬性或功能對外隱蔽，只留少

5、數(shù)接口向外公布，以接收外界信息。對象封裝的好處在于，降低了人們操作對象的復雜程度。使用對象的人，不必知道對象內部的實現(xiàn)細節(jié)，只需要了解外部功能就可以自如地操作該對象。對象的行為由類的內部數(shù)據結構和相關的操作確定；外部行為通過操作接口實現(xiàn)。人們關心的就是操作接口（函數(shù)名）所能提供的服務。第六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是抽象(abstraction)？將具有相同特性的事物歸納、集中成一個統(tǒng)一類型，稱為抽象。比如，把張三，李四，王五歸納為一類，我們稱之為“人”。抽象的作用，是表示同類事物的本質。 C和C+中，數(shù)據類型就是對一批具體數(shù)據的抽象，整形數(shù)

6、據就是所有整數(shù)的抽象。“類”是“對象”的抽象，“對象”則是類的“特例”，或“具體表現(xiàn)形式”。第七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是繼承( inherit )？ B類在A類的基礎上增加了少量內容。我們顯然不必重新設計一個新類B，只需要把A類拿過來，在此基礎上添加新內容就可以了。這就是面向對象程序設計的繼承機制。C+提供繼承機制，大大節(jié)省了編程工作量，這就是所謂“軟件重用( software reusability )”的思想。對于大型軟件的開發(fā)具有重要意義。第八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述什么是多態(tài)性(

7、polymorphism )？如果有幾個相似而不同的對象，人們往往要求在向它們發(fā)出同一個消息時，各自作出不同的操作，這種情況就是“多態(tài)現(xiàn)象”。C+中，所謂多態(tài)性是指，由繼承而產生的相關的不同的類，其對象對同一消息會作出不同的響應。顯然，多態(tài)性能增加程序的靈活性，它是面向對象程序設計的重要特征。第九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 面向對象程序設計方法概述類與對象的作用C+全面支持傳統(tǒng)的面向過程的程序設計（即結構化編程），也支持基于對象和面向對象的程序設計。所謂基于對象，是指程序是以類和對象為基礎，程序的操作是圍繞對象進行的。所謂面向對象，是指，在基于對象的基礎上，利用了繼承機制

8、和多態(tài)性。面向對象的程序設計特點：類具有對數(shù)據的抽象性、封裝性、繼承性、多態(tài)性。第十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義類和對象的關系C+中，對象的類型稱為類( class )。類代表了某一批對象的共同特性。前面已經談到，類是對象的抽象，而對象是類的具體實例( instance )。就象結構體類型和結構體變量一樣。C+中，我們先聲明一個類的類型，然后再定義該類的若干對象。對象就是類這種類型的一個變量。 類是抽象的，不占內存，而對象是具體的，要占用內存空間。第十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義類的聲明類的聲明方法和結構體的

9、聲明方法一樣，只是將關鍵字struct 換成class：class 類名 private:私有數(shù)據成員和私有成員函數(shù)； public:公共數(shù)據成員和公共成員函數(shù)；/成員訪問限定區(qū)域先后次序任意，但一種最好只出現(xiàn)一次,類的成員包含對數(shù)據操作的函數(shù)，體現(xiàn)了數(shù)據和操作的封裝類的成員不能所有都私有，一般隱藏數(shù)據，把成員函數(shù)作為對外接口成員訪問限定符( member access specifier )成員訪問限定符( member access specifier )別忘了必須用分號結束！第十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義類的聲明示例類頭：class rect

10、angle 類體： private: int length, width, area, perimeter ; public: void PutArea ( ) area = length * width; void PutPerimeter ( ) perimeter = (length + width ) * 2; void display ( ) cout “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter endl; ;在

11、類的外面不能訪問私有成員，只能通過公有成員函數(shù)間接訪問在類的外面可以訪問公有成員不指定公有私有，則默認為私有一般先出現(xiàn)private，后出現(xiàn)public第十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月類的聲明還有一種protected類型，不能被類外訪問，但可以被派生類訪問一般使用廠商提供的類庫也可以自定義類庫，便于單位部門使用第十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義對象的定義 聲明了類以后，就可以定義該類的對象了。給對象分配了存儲空間。其格式為： class 類名 對象名1，對象名2， / 方括號表示可選項對象定義示例 如前例中，聲明了一個名為 recta

12、ngle 的類，我們可以定義該類的若干對象： class rectangle r1 ,r2, r3; rectangle r1, r2, r3;第十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義對象定義class rectangle private: int length, width, area, perimeter ; public: void PutArea ( ) area = length * width; void PutPerimeter ( ) perimeter = (length + width ) * 2; void display ( ) co

13、ut “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter endl; r1,r2;不出現(xiàn)類名，直接定義對象，不提倡第十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 類的聲明和對象的定義類和結構體類型異同 struct/class rectangle public/private: int length, width, area, perimeter ; void PutArea ( ) area = length * wid

14、th; void PutPerimeter ( ) perimeter = (length + width ) * 2; void display ( ) cout “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter endl; r1,r2;建議使用CLASS第十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的成員函數(shù)成員函數(shù)的性質類的成員函數(shù)也叫類函數(shù)，用法和一般函數(shù)基本上一樣。區(qū)別在于它只是屬于一個類的成員而出現(xiàn)在類中

15、。它可以被指定為類的私有成員( private )、公有成員( public )或保護成員( protected )。使用類函數(shù)時，要注意它的使用權限，如果是私有成員，只能被本類的其他成員函數(shù)調用，不能被類外調用（工具函數(shù)）。成員函數(shù)可以調用本類所有數(shù)據成員和成員函數(shù)，也可以引用在本作用域中的有效數(shù)據。通常，我們把類的數(shù)據成員定義成私有成員，對外屏蔽，而把成員函數(shù)定義成公有成員，他可以調用私有成員和其它成員。一個類若沒有成員函數(shù)，就退化成C語言的結構體，而失去意義。第十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的成員函數(shù)在類外定義成員函數(shù)成員函數(shù)一般在類體中定義，如前面所講。也可以

16、在類外定義，但要指明是屬于哪個類的成員函數(shù)，用“類名:函數(shù)名”來指定。例如：class rectangle private: int length, width,; int area, perimeter ; public: void PutArea ( ); void PutPerimeter ( ); void display ( );void rectangle: PutArea ( ) area = length * width;void rectangle: PutPerimeter ( ) perimeter = (length + width ) * 2; void rectan

17、gle: display ( ) cout “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter ; rectangle r1, r2, r3;第十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月“:”成為域限定符。如果在域限定符前沒有類名，或函數(shù)名前既沒有類名，又沒有域限定符：:display ( ) 或 display ( )則表示該函數(shù)不屬于任何類，它不是成員函數(shù)，而是全局函數(shù)，即普通函數(shù)。第二十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于202

18、2年6月 一般來說，類定義包括兩個部分：1、聲明部分(“做什么”)： 數(shù)據成員(名稱、類型) 成員函數(shù)(方法)2、實現(xiàn)部分(“怎么做”)： 成員函數(shù)的定義和實現(xiàn)聲明在定義之前，也即是類體外定義成員函數(shù)（這里用定義，實際是給函數(shù)分配了空間，后章節(jié)詳述）減小了類體長度，隱藏了執(zhí)行細節(jié)，提高了類的保密性第二十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的成員函數(shù)inline 成員函數(shù)類的成員函數(shù)也可以指定為內聯(lián)函數(shù)，只要是函數(shù)代碼較少，有頻繁使用。我們只要在成員函數(shù)的類型簽名加上inline 關鍵字就可以。class rectangle private: int length, width

19、,; int area, perimeter ; public: inline void PutArea ( ); inline void PutPerimeter ( ); void display ( ) cout “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter endl; ;第二十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的成員函數(shù)inline 成員函數(shù)class rectangle private: int

20、 length, width,; int area, perimeter ; public: inline void PutArea ( ); inline void PutPerimeter ( ); void display ( );void rectangle: display ( ) cout “l(fā)ength = “ length endl; cout “width = “ width endl; cout “area = “ area endl; cout “perimeter = “ perimeter ; Inline第二十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的

21、成員函數(shù)inline 成員函數(shù)類體中不包含循環(huán)控制結構，此類成員函數(shù)自動作為inline 成員函數(shù)。類體外也可定義inline 成員函數(shù)，聲明、定義其一顯式定義即可，類定義和其成員函數(shù)定義必須在同一文件（或包含）。第二十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 類的成員函數(shù)成員函數(shù)的存儲方式同一類定義了多個對象時，每個對象的數(shù)據成員各自占據獨立的空間，而共享一個共用的函數(shù)代碼段，不占用對象的存儲空間。C+為此專門設立了一個名為 this 的指針，用來指向不同的對象。當調用對象r1，成員函數(shù)訪問的就是r1的數(shù)據成員。所以成員函數(shù)建議在類體外定義。數(shù)據1對象r1數(shù)據2對象r2數(shù)據10對象

22、r10共用函數(shù)代碼第二十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 對象成員的引用用對象名和成員運算符( . )訪問對象成員舉例：class rectangle public: int length, width; / 公共數(shù)據成員 void display ( ); / 公共成員函數(shù);void rectangle: display ( )cout “area =“ length* width ednl; cout“perimeter =“ lengthclass rectangle public: int length, width; / 公共數(shù)據成員 void display (

23、); / 公共成員函數(shù) ;void rectangle: display ( )cout “area =“ length* width ednl; cout“perimeter =“ lenght = 5; p-width = 4; p-display ( ); 用這種方式萬分的成員，也必須定義成公用成員！第二十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 對象成員的引用用對象的引用訪問對象成員舉例：class rectangle public: int length, width; / 公共數(shù)據成員 void display ( ); / 公共成員函數(shù);void rectangle:

24、display ( )cout “area =“ length* width ednl; cout“perimeter =“ （ length+ width）*2; void main ( ) rectangle r2; rectangle &r3 = r2; r3.lenght = 5; r3.width = 4; r3.display ( ); 第二十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例定義一個時間類，并定義一個對象及其引用，輸入時分秒輸出時：分：秒#include using namespace std;int main() Time t1; cint2.hour; cint2

25、.minute; cint1.sec; coutt1.hour:t1.minute:t2.secendl; 第二十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例#include using namespace std;class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() Time t1; Time &t2=t1; cint2.hour; cint2.minute; cint1.sec; coutt1.hour:t1.minute:t2.secendl; 第三十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例定義2個對象，分別輸入

26、時分秒輸出時：分：秒#include class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() return 0; 第三十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例#include using namespace std;class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() Time t1; cint1.hour; cint1.minute; cint1.sec; coutt1.hour:t1.minute:t1.sect2.hour; cint2.min

27、ute; cint2.sec; coutt2.hour:t2.minute:t2.secendl; return 0; 第三十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例：定義函數(shù)執(zhí)行輸入輸出#include using namespace std;class Time public: int hour; int minute; int sec; ; int main() void set_time(Time&) ; void show_time(Time&); Time t1; set_time(t1); show_time(t1); Time t2; set_time(t2); show

28、_time(t2); return 0; 第三十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例#include using namespace std;class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() void set_time(Time&) ; void show_time(Time&); Time t1; set_time(t1); show_time(t1); Time t2; set_time(t2); show_time(t2); return 0; void set_time(Time& t) cint.ho

29、ur; cint.minute; cint.sec; void show_time(Time& t) coutt.hour:t.minute:t.secendl; 第三十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例：定義含默認值參數(shù)的set_time和show_time函數(shù)#include class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() Time t1; set_time(t1,12,23,34); show_time(t1); Time t2; set_time(t2); show_time(t2); 第三十五張，

30、PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例#include using namespace std;class Time public: int hour; int minute; int sec; ;int main() void set_time(Time&,int hour=0,int minute=0,int sec=0); void show_time(Time&); Time t1; set_time(t1,12,23,34); show_time(t1); Time t2; set_time(t2); show_time(t2); return 0; void set_time(T

31、ime& t,int hour=9,int minute=30,int sec=0) t.hour=hour; t.minute=minute; t.sec=sec; void show_time(Time& t) coutt.hour:t.minute:t.secendl; 第三十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例：定義成員函數(shù)輸入時分秒并輸出#include class Time public:private: int hour; int minute; int sec; ;int main() Time t1; t1.set_time(); t1.show_time(); T

32、ime t2; t2.set_time(); t2.show_time(); void Time:set_time() cinhour; cinminute; cinsec; void Time:show_time() couthour:minute:secendl; 第三十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例#include using namespace std;class Time public: void set_time() ; void show_time(); private: int hour; int minute; int sec; ;int main() Tim

33、e t1; t1.set_time(); t1.show_time(); Time t2; t2.set_time(); t2.show_time(); return 0; void Time:set_time() cinhour; cinminute; cinsec; void Time:show_time() couthour:minute:secendl; 第三十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月習題1第三十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月習題1#include using namespace std;class Time public: int hour; int

34、 minute; int sec; ;Time t;void set_time(void) cint.hour; cint.minute; cint.sec; void show_time(void) coutt.hour:t.minute:t.secendl; int main()set_time(); show_time(); return 0; 第四十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例2.4 P61#include using namespace std;class Array_maxpublic: void set_value(); void max_value(); voi

35、d show_value(); private: int array10; int max;int main() Array_max arrmax; arrmax.set_value(); arrmax.max_value(); arrmax.show_value(); return 0; 第四十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6 類的封裝和信息隱蔽公用接口和私有實現(xiàn)的分離我們已經學到，C+通過類的封裝，將類的數(shù)據成員和成員函數(shù)集成到一個類中。而一般在類的聲明時，往往把數(shù)據成員指定成私有的，使它們與外界隔離，即，不能在類外直接使用私有成員，外界只能通過類的公有函數(shù)，間接進行對私

36、有成員的操作。換句話說，外界與類的私有成員的唯一聯(lián)系渠道，就是該類的公有成員函數(shù)。所以，我們一般把成員函數(shù)指定成公有的( public )性質（除非某些成員函數(shù)不想讓外界調用）。這就是所謂的“外部接口”與內部實現(xiàn)的分離，以起到信息隱蔽的作用。而這是軟件工程最基本的原則。第四十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 定義一個類就是實現(xiàn)對創(chuàng)建一個對象的數(shù)據結構的描述。 在類中，一些成員是保護的，被有效地屏蔽，以防外界的干擾和誤操作。 另一些成員是公共的，作為接口提供外界使用。 右圖是對它們采用的圖示方法說明類的組成結構。以Point 類為例。xoffsetyoffsetsetanglerad

37、iusxy封裝體內部數(shù)據成員Point 類訪問接口第四十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6 類的封裝和信息隱蔽類聲明和成員函數(shù)定義的分離當一個類被多個程序使用時，一般將類的聲明（包括成員函數(shù)的聲明）放在指定的頭文件中，用戶在編程時，將該頭文件包含近來就可以了。而不必在每個使用該類的程序中重復書寫該類的聲明。我們然后可以直接在程序中直接定義該類的對象，直接調用該類的公有成員函數(shù)。為了實現(xiàn)信息隱蔽，對類的成員函數(shù)的定義一般不放在頭文件中，而放在另一個文件中。然后按照對多文件程序的編譯和運行方法對程序進行編譯和連接。請看下面示例。第四十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.

38、6 類的封裝和信息隱蔽/ rectangle.hclass rectangle private: int length, width; public: void Put ( ); void display ( ); ;/ rectangle.cpp#include #include “rectangle.h”void rectangle:Put ( ) length = 5; width = 4; void rectangle: display ( ) cout “area = “ length*width endl; / main.cpp#include #include “rectangl

39、e.h”void main ( ) rectangle r1; r1.display ( );第四十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6 類的封裝和信息隱蔽在實際運用中，將若干功能相近的類聲明集中在一起，形成類庫。類庫包括兩個組成部分： 類聲明頭文件； 經過編譯的頭文件函數(shù)的定義的目標文件。用戶只需要將類庫裝入自己的計算機中C+系統(tǒng)的子目錄下，并在程序中用#include命令將有關類聲明的頭文件包含到程序中，就可以使用這些類和其中的成員函數(shù)了。第四十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6 類的封裝和信息隱蔽面向對象程序設計中的幾個名詞方法：method，指對數(shù)據的操作

40、。消息：其實就是一個命令，由程序語句實現(xiàn)。外界通過發(fā)送“消息”來激活有關的方法。比如：rectangle.dispaly ( );就是向rectangle對象發(fā)一個消息，通知它執(zhí)行其中的“display ( )”方法。這一條語句就涉及到對象、消息、方法這三個術語。rectangel：是對象；display ( )：是方法；rectangel.display ( )：是消息。第四十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月習題2#include using namespace std;class Time public:int hour; int minute; int sec; ;Time

41、t;int main() t.set_time(); t.show_time();第四十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月習題2#include using namespace std;class Time public: void set_time(void) cinhour; cinminute; cinsec; void show_time(void) couthour:minute:secendl; private: int hour; int minute; int sec; ;Time t;int main() t.set_time(); t.show_time(); retur