2024年上海交大C++課件：深入理解面向對象編程

2024年上海交大C++課件：深入理解面向對象編程匯報人：2024-11-16目錄面向對象編程基礎構造函數(shù)與析構函數(shù)詳解繼承、多態(tài)與虛函數(shù)剖析模板編程技術探討異常處理機制深入剖析課程總結與面向對象編程實踐建議01面向對象編程基礎面向對象概念引入面向對象與面向過程的區(qū)別面向過程以函數(shù)方法窗口或操作過程作為組織代碼的方式，而面向對象則以對象及對象的操作作為組織代碼的方式，更貼近人類自然的思維方式。面向對象的三大特性封裝、繼承和多態(tài)是面向對象編程的三大核心特性，它們共同構成了OOP的基石。面向對象編程的定義面向對象編程（OOP）是一種程序設計范型，同時也是一種程序開發(fā)的方法論。它將對象作為程序的基本單元，以提高軟件的可重用性、靈活性和擴展性。030201類是對一類事物共同屬性和行為的抽象描述，它定義了對象的屬性和方法，是創(chuàng)建對象的模板。類的定義對象是類的實例化，即根據(jù)類定義創(chuàng)建一個具有具體屬性和行為的實體。每個對象都擁有自己獨立的屬性和方法，且互不影響。對象的創(chuàng)建類是對象的抽象，而對象是類的具體實例。類是創(chuàng)建對象的模板，而對象則是根據(jù)這個模板創(chuàng)建出來的具體實體。類與對象的關系類與對象基本概念訪問控制是通過設定類成員的訪問權限，來控制其他類或對象對該類成員的訪問能力。它有助于保護數(shù)據(jù)的安全性和完整性。訪問控制的概念封裝性是指將客觀事物封裝成抽象的類，并對其中的屬性和方法設置訪問權限。封裝可以把自己的數(shù)據(jù)和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行信息隱藏。封裝性的主要目的是增強安全性和簡化編程，用戶只需要知道對象提供哪些方法，而不必了解內部細節(jié)。封裝性的原理訪問控制與封裝性原理02構造函數(shù)與析構函數(shù)詳解構造函數(shù)定義及作用定義01構造函數(shù)是一種特殊的成員函數(shù)，用于在創(chuàng)建對象時進行初始化操作。作用02構造函數(shù)的主要作用是為新創(chuàng)建的對象分配內存空間，并初始化對象的成員變量。通過構造函數(shù)，可以確保每個對象在創(chuàng)建時都處于正確的狀態(tài)。調用時機03當使用“new”關鍵字創(chuàng)建一個新對象時，會自動調用該類的構造函數(shù)。重載04構造函數(shù)可以根據(jù)參數(shù)列表的不同進行重載，以實現(xiàn)不同的初始化方式。析構函數(shù)定義及資源釋放析構函數(shù)是與構造函數(shù)相對應的一種特殊成員函數(shù)，用于在對象生命周期結束時進行清理工作。01040302定義析構函數(shù)的主要作用是釋放對象所占用的資源，如動態(tài)分配的內存、打開的文件句柄等。通過析構函數(shù)，可以確保對象在銷毀前正確地釋放其所占用的資源，防止資源泄漏。作用當對象的生命周期結束時（如使用“delete”關鍵字銷毀一個對象），會自動調用該類的析構函數(shù)。調用時機析構函數(shù)不應拋出異常，因為如果在析構函數(shù)中拋出異常且未被捕獲，則會導致程序異常終止。注意事項在創(chuàng)建一個類的對象時，首先會調用基類的構造函數(shù)（如果有繼承關系的話），然后按照成員變量在類中聲明的順序依次調用它們的構造函數(shù)進行初始化。最后調用該類自身的構造函數(shù)。構造函數(shù)的調用順序與構造函數(shù)的調用順序相反，當銷毀一個類的對象時，首先會調用該類自身的析構函數(shù)進行清理工作，然后按照成員變量在類中聲明的相反順序依次調用它們的析構函數(shù)進行資源釋放。最后調用基類的析構函數(shù)（如果有繼承關系的話）。這種順序確保了對象在銷毀過程中能夠正確地釋放其所占用的資源。析構函數(shù)的調用順序構造函數(shù)與析構函數(shù)調用順序探究03繼承、多態(tài)與虛函數(shù)剖析繼承的基本概念繼承是面向對象編程中的一個核心概念，允許程序員創(chuàng)建一個新的類（派生類），從已存在的類（基類）那里繼承屬性和行為。繼承機制實現(xiàn)原理繼承的實現(xiàn)方式在C++中，繼承通過冒號（:）和訪問控制符（public、protected、private）來實現(xiàn)。派生類可以繼承基類的公有成員、保護成員，但不能繼承私有成員。繼承的作用繼承可以提高代碼的重用性，減少代碼冗余。通過繼承，派生類可以獲得基類的屬性和行為，并在此基礎上添加新的屬性和行為。多態(tài)性概念引入及實現(xiàn)方式多態(tài)性的定義多態(tài)性是指允許一個接口被多種實際類型所實現(xiàn)，或者說一個接口可以有多種不同的實現(xiàn)方式。多態(tài)性的實現(xiàn)方式在C++中，多態(tài)性主要通過函數(shù)重載、模板和虛函數(shù)來實現(xiàn)。其中，虛函數(shù)是實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)性的關鍵。多態(tài)性的作用多態(tài)性可以提高程序的擴展性和靈活性。通過多態(tài)性，程序可以更加靈活地處理不同類型的對象，而無需關心對象的具體類型。虛函數(shù)在動態(tài)多態(tài)中應用虛函數(shù)的使用注意事項為了使用虛函數(shù)實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)性，基類中的虛函數(shù)必須被聲明為public或protected；派生類中的重寫函數(shù)必須與基類中的虛函數(shù)具有相同的函數(shù)簽名（包括返回類型、函數(shù)名和參數(shù)列表）；如果派生類沒有重寫基類中的某個虛函數(shù)，那么該派生類對象將繼承基類中的虛函數(shù)實現(xiàn)。虛函數(shù)的工作原理當使用基類指針或引用調用一個虛函數(shù)時，程序會在運行時動態(tài)地確定要調用的具體函數(shù)版本。這是通過查找虛函數(shù)表（vtable）來實現(xiàn)的，vtable中存儲了指向虛函數(shù)實際代碼的指針。虛函數(shù)的定義虛函數(shù)是指在基類中被聲明為virtual的成員函數(shù)。虛函數(shù)允許在派生類中被重寫，從而實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)性。04模板編程技術探討模板參數(shù)詳解模板參數(shù)包括類型參數(shù)和非類型參數(shù)。類型參數(shù)用于指定模板所操作的數(shù)據(jù)類型，非類型參數(shù)則用于指定模板的一些常量值或表達式。模板概念闡述模板是C++中一種重要的編程技術，它允許程序員以一種類型無關的方式編寫代碼，從而提高了代碼的復用性和靈活性。模板分類說明模板主要分為函數(shù)模板和類模板兩種。函數(shù)模板用于生成類型無關的函數(shù)，而類模板則用于生成類型無關的類。模板定義及分類介紹STL（StandardTemplateLibrary）是C++標準庫中的一部分，它提供了一套高效的、可擴展的、類型無關的容器和算法。STL庫簡介STL庫中常見的容器包括vector、list、deque、set、map等。這些容器各自具有不同的特點和適用場景。常見容器介紹通過具體示例演示如何使用STL庫中的容器，包括容器的初始化、元素的插入和刪除、容器的遍歷等操作。容器使用示例STL庫中常見容器使用指南自定義模板類設計與實現(xiàn)案例01根據(jù)實際項目需求，分析需要設計什么樣的自定義模板類，以及該類需要具備哪些功能。闡述自定義模板類的設計思路，包括類的成員變量和成員函數(shù)的設計、模板參數(shù)的選擇等。詳細展示自定義模板類的實現(xiàn)過程，包括類的定義、成員函數(shù)的實現(xiàn)、模板的實例化等操作。同時，通過具體示例演示如何使用自定義模板類。0203自定義模板類需求分析自定義模板類設計思路自定義模板類實現(xiàn)過程05異常處理機制深入剖析程序執(zhí)行過程中出現(xiàn)的非正常情況，打斷正常執(zhí)行流程。異常定義錯誤通常指嚴重問題，如內存溢出，無法被程序捕獲處理；異常是程序可處理的非正常情況。異常與錯誤區(qū)別標準異常、運行時異常、自定義異常等。異常分類提高程序健壯性，增強用戶體驗，防止程序崩潰。異常處理重要性異常概念引入及分類討論try塊包含可能引發(fā)異常的代碼。try-catch-finally結構使用技巧01catch塊捕獲并處理try塊中拋出的異常，可定義多個catch塊處理不同類型異常。02finally塊無論是否發(fā)生異常，都會執(zhí)行的代碼塊，常用于資源釋放。03使用注意事項try塊后必須至少有一個catch塊或finally塊；多個catch塊時，子類異常應放在前面，父類異常放在后面。04自定義異常類設計與拋出策略繼承自標準異常類，定義新的異常類型和屬性。自定義異常類在適當位置使用throw關鍵字拋出異常對象，觸發(fā)異常處理流程。拋出策略確保拋出的異常能夠被合適的catch塊捕獲并處理，避免程序崩潰或未處理異常導致的問題。拋出與捕獲配合明確異常含義，提供足夠信息以便定位問題；盡量使用標準異常類，減少自定義異常數(shù)量。自定義異常類設計原則0204010306課程總結與面向對象編程實踐建議類是對象的模板，定義了對象的屬性和方法；對象是類的實例，具有類所描述的特征和行為。類與對象概念不同對象對同一消息作出不同響應，增強程序的可擴展性和靈活性。多態(tài)性通過類將數(shù)據(jù)和方法組合在一起，隱藏內部實現(xiàn)細節(jié)，僅對外提供必要的接口。封裝性子類可以繼承父類的屬性和方法，實現(xiàn)代碼復用和擴展。繼承性關鍵知識點回顧與總結面向對象編程思想在實際項目中應用需求分析與類設計根據(jù)實際需求，抽象出合適的類，并定義類的屬性和方法。代碼組織與模塊劃分利用面向對象的思想，將代碼劃分為不同的模塊，提高代碼的可讀性和可維護性。數(shù)據(jù)封裝與訪問控制通過封裝數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和一致性；通過訪問控制，限制對數(shù)據(jù)的非法訪問。多態(tài)應用與接口設計利用多態(tài)性，設計靈活的接口，以支持不同的實現(xiàn)方式。課后習題解答針對課件中的課后習題，提供詳細的解答思路和步驟。