Visual C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教程(第一章)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)主講教師：房立存電話：22673851郵箱：lcfang2001@參考書(shū)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)譚浩強(qiáng)主編清華大學(xué)出版社THEC++PROGRAMMINGLANGUAGE(SpecialEdition)

Bjarne

Stroustrup

高等教育出版社課時(shí)安排授課：36學(xué)時(shí)上機(jī)：18學(xué)時(shí)

Thetrickoflearningprogrammingispractice,praticeandpratice.本課程的性質(zhì)及學(xué)習(xí)目標(biāo)本課程是在《高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)面向?qū)ο蠓治雠c面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的一門(mén)課程。學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念及基本思想；掌握類、對(duì)象的概念及C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法；掌握繼承的概念及C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法；掌握多態(tài)的概念及C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法；

——初步建立必備的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)幾點(diǎn)要求：認(rèn)真聽(tīng)課不缺勤、遵守課堂紀(jì)律

(不做與本課程無(wú)關(guān)的事情)認(rèn)真作好課堂筆記認(rèn)真完成作業(yè)認(rèn)真完成上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)確定：考試成績(jī)70%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%，平時(shí)成績(jī)10%；平時(shí)成績(jī)根據(jù)考勤情況、作業(yè)完成情況等確定；實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)考勤及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成的情況確定。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)信息科學(xué)與工程學(xué)院第1章C++對(duì)C的擴(kuò)充

第1章C++對(duì)C的擴(kuò)充1.1C++的特點(diǎn)1.2C++語(yǔ)言的文件擴(kuò)展名1.3注釋符1.4命名空間1.5C++語(yǔ)言的輸入輸出1.6變量的定義1.7強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換1.8動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配與釋放1.9作用域運(yùn)算符::1.10引用1.11const修飾符1.12字符串1.13C++語(yǔ)言中函數(shù)的新特性習(xí)題C++語(yǔ)言既保留了C語(yǔ)言的有效性、靈活性、便于移植等全部精華和特點(diǎn)；添加了面向?qū)ο缶幊痰闹С?，具有?qiáng)大的編程功能，可方便地構(gòu)造出模擬現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的實(shí)體和操作；編寫(xiě)出的程序具有結(jié)構(gòu)清晰、易于擴(kuò)充等優(yōu)良特性，適合于各種應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)。用C++編寫(xiě)的程序可讀性好，生成的代碼質(zhì)量高，運(yùn)行效率僅比匯編語(yǔ)言慢10%～20%。1.1C++的特點(diǎn)1.2C++語(yǔ)言的文件擴(kuò)展名為了使編譯器能夠區(qū)別是C語(yǔ)言還是C++語(yǔ)言，C++語(yǔ)言體系規(guī)定用“.cpp”（意即CPlus-Plus）作為C++語(yǔ)言源文件的擴(kuò)展名以區(qū)別于C語(yǔ)言用的“.C”文件擴(kuò)展名?！癱pp”的文件擴(kuò)展名與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。與C++語(yǔ)言源文件相關(guān)的頭文件擴(kuò)展名一般仍用“.h”，但有些操作系統(tǒng)也有規(guī)定使用“.hpp”充當(dāng)頭文件擴(kuò)展名的。1.3注釋符

【例1.1】簡(jiǎn)單的C++程序

1.主程序

2.段注釋：/*…*/3.單行注釋：//當(dāng)只做單行注釋時(shí)便可用“//”符號(hào)表示從此符號(hào)起至行尾均為行注釋內(nèi)容。程序編譯時(shí)將忽略所有的注釋內(nèi)容。

標(biāo)準(zhǔn)C++庫(kù)中的所有組件都是在一個(gè)被稱為std的名字空間中聲明和定義的。在采用標(biāo)準(zhǔn)C++的平臺(tái)上使用標(biāo)準(zhǔn)C++庫(kù)中的組件，只要寫(xiě)一個(gè)using指示符：

usingnamespacestd;

就可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)C++庫(kù)中的所有成員。

注意：如果使用了名空間std，則在使用#include編譯預(yù)處理命令包含頭文件時(shí)，必須去掉頭文件的擴(kuò)展名.h，否則會(huì)出錯(cuò)。1.4命名空間（名空間namespace）1.5C++語(yǔ)言的輸入輸出C++語(yǔ)言另外定義了一套保留字與運(yùn)算符來(lái)替代C語(yǔ)言中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出函數(shù)的引用。C++語(yǔ)言的保留字為：

cout<<“輸出內(nèi)容”<<//cout為標(biāo)準(zhǔn)輸出流對(duì)象（默認(rèn)輸出到顯示器）（插入）

cin>>“輸入內(nèi)容”>>…；

//cin為標(biāo)準(zhǔn)輸入流對(duì)象(默認(rèn)從鍵盤(pán)輸入)（提取）必須加上：

#include<iostream>【例1.3】輸入輸出【例1.5】輸入輸出再舉例注意：輸出格式的控制；#include<iomanip>Setw()1.6變量的定義C++在變量的定義上作了兩種較大的改變：

允許直接使用結(jié)構(gòu)體名定義變量，這種擴(kuò)展為程序員在編程中提供了不少方便。類似地在C++中聯(lián)合名、枚舉名也可在定義后獨(dú)立地作為類型名使用?！纠緾++的變量定義舉例。#include<iostream>usingnamespacestd;Intmain(){ structstudent {

intno; floatmath; };

intn;

cin>>n;

studentwang;

wang.no=n;

cin>>wang.math;

cout<<wang.no<<""<<wang.math<<endl;return0;}1.7強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換格式：(數(shù)據(jù)類型)(表達(dá)式)數(shù)據(jù)類型(表達(dá)式)(1)通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)所需類型的中間值，該中間值被引用后即自動(dòng)釋放。原來(lái)表達(dá)式的值類型并未改變。如下列代碼段：int

b;float

f;f=float(b);//此時(shí)變量b仍然為int類型。(2)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換符優(yōu)先級(jí)較高，只對(duì)緊隨其后的表達(dá)式起作用，而對(duì)其他部分不起作用。如表達(dá)式float(i)*f的含義是先將變量i強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為float類型，然后與變量f運(yùn)算。(3)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換應(yīng)當(dāng)用在不做轉(zhuǎn)換將影響表達(dá)式結(jié)果的正確性或精度，或不能完成相應(yīng)運(yùn)算的場(chǎng)合。而對(duì)于系統(tǒng)可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換類型的場(chǎng)合，則沒(méi)有必要使用。說(shuō)明：1.8動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配與釋放1.new運(yùn)算符指針變量=new數(shù)據(jù)類型;

new在內(nèi)存中為程序分配一塊內(nèi)存空間，用于保存某種類型數(shù)據(jù)，并返回指向該內(nèi)存首地址的指針，該地址存放于指針變量中。一般格式：

new類型（初始值）

2.delete運(yùn)算符運(yùn)算符delete用于釋放new分配的內(nèi)存空間，它的使用形式為：delete指針變量；其中的指針變量保存著new動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存的首地址。3.注意：(1)用new獲取的內(nèi)存空間，必須用delete進(jìn)行釋放；(2)對(duì)一個(gè)指針只能調(diào)用一次delete；(3)用delete運(yùn)算符作用的對(duì)象必須是用new分配的內(nèi)存空間的首地址。例1.18new與delete應(yīng)用舉例1.9作用域運(yùn)算符::

通常情況下，如果全局變量與局部變量同名，那么局部變量在其作用域內(nèi)具有較高的優(yōu)先權(quán)。C語(yǔ)言規(guī)定只能在變量的作用域內(nèi)使用該變量，不能使用其他作用域中的變量，可采用C++中提供的作用域運(yùn)算符::，它能指定所需要的作用域。注意：不能用::訪問(wèn)函數(shù)中的局部變量。在C++語(yǔ)言中作用域運(yùn)算符::還用來(lái)限定類的成員?！纠?.16】1.10引用

引用是C++語(yǔ)言的一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)類型描述，用于在程序的不同部分使用兩個(gè)以上的變量名指向同一地址。

被聲明為引用類型的變量名則是實(shí)際變量名的別名。對(duì)其中任一個(gè)變量的操作實(shí)際上都是對(duì)同一地址單元進(jìn)行的。引用運(yùn)算符為&，聲明引用的一般形式為：數(shù)據(jù)類型&引用變量名=變量名；對(duì)引用進(jìn)行操作，實(shí)際上就是對(duì)被引用的變量進(jìn)行操作。引用不是值，不占存儲(chǔ)空間，聲明引用時(shí)，目標(biāo)存儲(chǔ)狀態(tài)不會(huì)改變。說(shuō)明：(1)在一行上聲明多個(gè)引用型變量名時(shí)，要在每個(gè)變量名前都加“&”符號(hào)。(2)引用不是變量，在程序中對(duì)引用的存取都是對(duì)它所引用的變量的存取。(3)一個(gè)變量被聲明為引用時(shí)必須進(jìn)行初始化，除非這個(gè)引用是用作函數(shù)的參數(shù)或返回值，為引用提供的初始值應(yīng)為變量。引用一旦被初始化,就不能再重新賦值。(4)不能說(shuō)明數(shù)組元素的類型為引用數(shù)組。例如：int&a[5];//錯(cuò)誤(5)引用與指針不同。指針的內(nèi)容或值是某一變量的內(nèi)存單元地址，而引用則與初始化它的變量具有相同的內(nèi)存單元地址。指針是個(gè)變量，可以把它再賦值成其它的地址，然而，建立引用時(shí)必須進(jìn)行初始化并且決不會(huì)再指向其它不同的變量。(6)一個(gè)變量引用的地址可以賦給一個(gè)指針；

inta=3;

int&b=a;

int*pt=&b;(6)要注意區(qū)分引用運(yùn)算符和地址運(yùn)算符的區(qū)別。例如：

intnum=50;

int&ref=num;

int*p=&ref;(7)可以用一個(gè)引用初始化另一個(gè)引用。例如：

intnum=50;

int&ref1=num;

int&ref2=ref1;ref2=100; //num被修改為100其中ref2也是對(duì)num的引用。(8)可以把函數(shù)的參數(shù)說(shuō)明成引用以建立函數(shù)參數(shù)的引用傳遞方式。(9)不能建立void型的引用(10)

變量引用的地址可以賦給指針，如：

inta=3;

int&b=a;

int*p=&b;(11)指針變量可以有引用。

inta=5;int*p=&a;int*&pt=p;//a指向變量b

【例1.10】目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)的值互換。1.11const修飾符#definePI3.1415926constfloatPI=3.1415926;#define定義的常量只是在預(yù)編譯時(shí)進(jìn)行字符替換；const定義的常量是有類型的，也有地址，可以用指針指向這個(gè)值。const定義的常量有自己的數(shù)據(jù)類型，這樣C++編譯程序可以進(jìn)行更加嚴(yán)格的類型檢查，具有良好的編譯時(shí)的檢測(cè)性。C++建議用const取代#define定義常量。注意：使用const修飾符定義常量時(shí)，必須初始化；(2)常量一旦被定義，在程序中任何地方都不能再更改。(3)如果用const定義的是一個(gè)整型常量，int可以省略。(4)函數(shù)參數(shù)也可以用const說(shuō)明，用于保證實(shí)參在該函數(shù)內(nèi)部不被改動(dòng)，大多數(shù)C++編譯器能對(duì)具有const參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行更好的代碼優(yōu)化。例如，通過(guò)函數(shù)max求出整型數(shù)組a[100]中的最大值，函數(shù)原型應(yīng)該是：

int

max(const

int*pa);

這樣做的目的是確保原數(shù)組的數(shù)據(jù)不被破壞，即在函數(shù)中對(duì)數(shù)組元素的操作只許讀，不許寫(xiě)。const與指針一起使用的組合情況:(1)指向常量的指針

指向常量的指針是指一個(gè)指向常量的指針變量。constchar*pc="abcd";聲明指向常量的指針變量pc，它指向一個(gè)字符串常量由于使用了const，不允許改變指針?biāo)傅某Ａ浚虼艘韵抡Z(yǔ)句是錯(cuò)誤的：pc[3]='x';但是由于pc是一個(gè)指向常量的普通指針變量，不是常指針，因此可以改變pc的值。例如以下語(yǔ)句是允許的：pc="jkkk";const與指針一起使用的組合情況:(2)常指針常指針是指指針本身，而不是它指向的對(duì)象聲明為常量。例如：Char*constpc="abcd";//常指針這個(gè)語(yǔ)句的含義為：聲明一個(gè)名為pc的指針變量，該指針是指向字符型數(shù)據(jù)的常指針，用“abcd”的地址初始化該常指針。創(chuàng)建一個(gè)常指針，就是創(chuàng)建不能移動(dòng)的固定指針，但是它所指的數(shù)據(jù)可以改變。例如：pc[3]='x';//合法pc="dfasdfa";//不合法const與指針一起使用的組合情況:(3)指向常量的常指針整個(gè)指針本身不能改變，它所指向的值也不能改變。要聲明一個(gè)指向常量的常指針，二者都要聲明為const。例如：constchar*constpc="abcd";//指向常量的常指針這個(gè)語(yǔ)句的含義為：聲明一個(gè)名為pc的指針變量，它是一個(gè)指向字符型常量的常指針，用“abcd”的地址初始化該指針。以下兩個(gè)語(yǔ)句都是錯(cuò)誤的：pc[3]='x';//錯(cuò)誤，不能改變指針?biāo)傅闹祊c="dfasdfa";//錯(cuò)誤，不能改變指針本身1.12字符串文本處理是編程過(guò)程中一個(gè)非常重要的方面。在C語(yǔ)言中使用字符數(shù)組和字符指針實(shí)現(xiàn)字符串功能，但是在C++中提供了一種既方便又好用的string類型。定義字符串；對(duì)字符串變量賦值;字符串變量的輸入和輸出；字符串變量的運(yùn)算;字符串?dāng)?shù)組【例1.17】字符串類string的使用。特別注意：使用字符串的時(shí)候一定要有：

#include<string>1.13C++語(yǔ)言中函數(shù)的新特性1.13.1

函數(shù)原型（FunctionPrototype）1.13.2

內(nèi)聯(lián)（inline）函數(shù)1.13.3

函數(shù)重載（overload）1.13.4

帶缺省參數(shù)的函數(shù)1.13.5

函數(shù)模板（functiontemplate）C++要求為每一個(gè)函數(shù)建立原型聲明，用以說(shuō)明函數(shù)的名稱、參數(shù)個(gè)數(shù)及類型、函數(shù)返回值的類型。（函數(shù)3要素）其主要目的是讓C++編譯程序進(jìn)行類型檢查，即形參與實(shí)參的類型匹配檢查，以及返回值是否與原型相符，以維護(hù)程序的正確性。函數(shù)原型聲明與函數(shù)的定義要在函數(shù)的返回類型，函數(shù)名和參數(shù)的類型及數(shù)量這三條線上保持一致。寫(xiě)函數(shù)原型時(shí)，可以省略形參的名字，因?yàn)閰?shù)名對(duì)編譯器沒(méi)有意義，但如果取名恰當(dāng)?shù)脑?，這些名字可以起到提示參數(shù)用途的作用。1.13.1函數(shù)原型（FunctionPrototype）1.13.2 內(nèi)聯(lián)（inline）函數(shù)1）內(nèi)聯(lián)函數(shù)機(jī)制在執(zhí)行程序過(guò)程中如果要進(jìn)行函數(shù)調(diào)用，則系統(tǒng)要將程序當(dāng)前的一些狀態(tài)信息存到棧中，之后進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合，同時(shí)轉(zhuǎn)到函數(shù)的代碼處去執(zhí)行函數(shù)體語(yǔ)句，這些參數(shù)保存與傳遞的過(guò)程中需要時(shí)間和空間的開(kāi)銷，使得程序執(zhí)行效率降低，特別是在程序頻繁地進(jìn)行函數(shù)調(diào)用以及函數(shù)代碼段比較少時(shí)，這個(gè)問(wèn)題會(huì)變得更為嚴(yán)重。2）內(nèi)聯(lián)函數(shù)的機(jī)理使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)是一種用空間換時(shí)間的措施，若內(nèi)聯(lián)函數(shù)較長(zhǎng)，且調(diào)用太頻繁時(shí)，程序?qū)⒓娱L(zhǎng)很多。因此，通常只有較短的函數(shù)才定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，對(duì)于較長(zhǎng)的函數(shù)最好作為一般函數(shù)處理。內(nèi)置函數(shù)、內(nèi)嵌函數(shù)、內(nèi)聯(lián)函數(shù)只是翻譯不同，本質(zhì)是相同的！【例1.13】?jī)?nèi)聯(lián)函數(shù)的使用。一般情況下，我們對(duì)內(nèi)聯(lián)函數(shù)做如下的限制：

(1)不能有遞歸(2)不能包含靜態(tài)數(shù)據(jù)(3)不能包含循環(huán)(4)不能包含switch和goto語(yǔ)句(5)不能包含數(shù)組若一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)定義不滿足以上限制，則編譯系統(tǒng)把它當(dāng)作普通函數(shù)對(duì)待?！咀ⅰ?jī)?nèi)聯(lián)函數(shù)的使用與帶參宏定義的區(qū)別?！纠?.13】

【例1.14】

內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用。1.13.2 內(nèi)聯(lián)（inline）函數(shù)1.13.3 函數(shù)重載（overload）C++編譯系統(tǒng)允許為兩個(gè)或兩個(gè)以上的函數(shù)具有相同的函數(shù)名，但是形參的個(gè)數(shù)或者形參的類型不相同，這就是所謂的函數(shù)重載。函數(shù)重載無(wú)需特別聲明，只要所定義的函數(shù)與已經(jīng)定義的同名函數(shù)形參形式不完全相同，C++編譯器就認(rèn)為是函數(shù)的重載。編譯系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)參和形參的類型及個(gè)數(shù)的最佳匹配，自動(dòng)確定調(diào)用哪一個(gè)函數(shù)?！纠?.6】重載函數(shù)應(yīng)用舉例。在使用重載函數(shù)時(shí)要注意:①僅返回值類型不同不能重載

不可以定義兩個(gè)具有相同名稱、相同參數(shù)類型和相同參數(shù)個(gè)數(shù)，只是函數(shù)返回值不同的函數(shù)。

int

func(intx)；

floatfunc(intx)；②如果某個(gè)函數(shù)參數(shù)有缺省值，必須保證其參數(shù)缺省后調(diào)用形式不與其它函數(shù)混淆。

int

f(inta,floatb);voidf(inta,floatb,intc=0);函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句：

f(10,2.0);具有二義性，既可以調(diào)用第一個(gè)函數(shù)，也可以調(diào)用第二個(gè)函數(shù)，編譯器不能根據(jù)參數(shù)的形式確定到底調(diào)用哪一個(gè)。【例1.7】重載函數(shù)應(yīng)用再舉例。1.13.4 帶缺省參數(shù)的函數(shù)如果在函數(shù)聲明或函數(shù)定義中為形參指定一個(gè)缺省值，則稱此函數(shù)為帶缺省參數(shù)的函數(shù)。當(dāng)函數(shù)調(diào)用發(fā)生后，在形參表中等號(hào)后的各“缺省值”將起實(shí)參的傳遞作用。#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){floatarea(float

w,floath=5.0,floatlongth=4.5);cout<<area(20)<<endl;cout<<area(20,10)<<endl;}floatarea(float

w,float

h,float

longth){returnw*h*longth;}1）如果函數(shù)有多個(gè)缺省參數(shù)，則缺省參數(shù)必須是從右向左定義，并且在一個(gè)缺省參數(shù)的右邊不能有未指定缺省值的參數(shù)。

下面形式均是錯(cuò)誤的：

voidfun(inta=3,intb=6,intc,intd);voidfun(inta=65,intb=3,intc,intd=3);2）需要特別注意的是：如果在函數(shù)原型的聲明中設(shè)置了函數(shù)參數(shù)的缺省值，則是否可在函數(shù)定義的頭部重復(fù)設(shè)置，要根據(jù)不同的編譯系統(tǒng)而定。(思考：如果函數(shù)原型聲明中無(wú)缺省值，定義時(shí)有，正確嗎？)1.13.4 帶缺省參數(shù)的函數(shù)2.13.5函數(shù)模板（functiontemplate）所謂函數(shù)模板是一種使用不具體指定類型的參數(shù)來(lái)產(chǎn)生一系列函數(shù)的機(jī)制，是C++的一個(gè)重要特征。函數(shù)模板是以一種完全通用的方法來(lái)設(shè)計(jì)函數(shù)，而不必預(yù)先說(shuō)明將被使用的每個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型。函數(shù)模板的使用過(guò)程：使用函數(shù)模板的方法是先說(shuō)明函數(shù)模板，然后實(shí)例化成相應(yīng)的模板函數(shù)進(jìn)行調(diào)用執(zhí)行。

C++提供的函數(shù)模板可以定義一個(gè)對(duì)任何類型變量進(jìn)行操作的函數(shù)，從而大大增強(qiáng)了函數(shù)設(shè)計(jì)的通用性?！纠?.8】函數(shù)模板的說(shuō)明形式：

模板類型參數(shù)(templatetypeparameter)代表一種類型，由關(guān)鍵字class或typename后加一個(gè)標(biāo)識(shí)符構(gòu)成，在這里兩個(gè)關(guān)鍵字的意義相同，它們表示后面的參數(shù)名代表一個(gè)基本數(shù)據(jù)類型或用戶定義的類型。函數(shù)模板的一般說(shuō)明形式如下：

template<模板參數(shù)表><返回值類型><函數(shù)名>(模板函數(shù)形參表){//函數(shù)定義體；

}template<typenameT>Tmax(Ta,Tb,Tc){if(b>a)a=b;

if(c>a)a=c;