面向对象程序设计完整版.doc
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1、 Object- Oriented ProgrammingC+ 主讲 成长生东华大学计算机科学与技术学院第一章 概述1.1 面向对象程序设计的基本思想C+是基于C语言发展的, 又冲破C语言局限的面向对象的程序设计语言。它与Java语言都作为当前计算机科学的主流语言, 越来越受到用户的欢迎。要弄清楚什么是面向对象的程序设计, 首先了解和回顾传统的( Pascal( 或C) ) 结构化程序设计方法及其设计思想、 程序结构及特点。SP(Structure Programming)是60年代诞生的针对当时爆发的所谓”软件危机”, 为此发展形成了现代软件工程学的基础。SP的总的设计思想是: .自顶向下、
2、 层次化.逐步求精、 精细化程序结构是按功能划分基本模块的树型结构, 使模块间的关系尽可能简单独立。因此SP的程序的基本特点是: .按层次组织模块( 战略上划分战役) .每一模块只有一个入口, 一个出口.代码和数据分离( 程序数据结构算法) 归纳得到: SP把数据和过程( 代码、 函数) 分离为相互独立的实体, 用数据代表问题空间中的客体借以表示实际问题中的信息; 程序代码则用来处理加工这些数据。程序员在编程时, 必须时刻考虑所要处理的数据结构和类型。对不同的数据格式即使要作同样的处理计算, 或者要对相同的数据格式作不同的处理都必须编写不同的程序( 如两个整型数和两个浮点数相加) 。这样的编程
3、方法, 即传统的SP方法设计出来的程序或系统其可重用的成分很少。其次把数据和代码作为不同的分离实体时, 总存在着用错误的数据调用正确的程序模块, 或用正确的数据调用错误的程序模块的危险, 从而使数据与程序始终保持兼容, 已成为程序员的一个沉重的负担。在开发一个大型软件课题中, 当工程进入到后期若用户改变了方案要求, 很容易使技术人员的前期工作受到摧毁性的打击, 使其前功尽弃。为克服以上的弊端或者该SP方法难以控制处理的矛盾而产生了面向对象程序设计方法, 即ObjectOriented ProgrammingOOP。从二十世纪六十年代提出对象的雏形, 到七十年代美国国防部的专用语言Ada语言,
4、直到当前国际上流行的高品味的Java和C+(Tc+,Balandc+及Vc+), , 应该讲OOP方法与技术吸取了SP的一切优点, 同时又正视和顺应现实世界由物质和意识二部分组成。映射到面向对象的解空间就是: 具体事物对象; 抽象概念类。OOP的基本原理是用问题领域的模型来模拟大千世界, 从而设计出尽可能直接、 自然地表示问题求解方法的软件, 这样的软件由对象组成, 而对象则是完整反映客观世界事物具有不可分割的静态属性( ”数据结构”) 与动态行为( ”方法”) 的。而且它们是既有联系又有变化发展的实体( 实例) 。如人是一种抽象( 类) , 而张三则是一个具体的一个人, 是类的实例, 故为对
5、象, 她有自身的一系列属性( 身高、 体重、 学历等) 。面向对象抽象的原理有4个。分别是数据抽象, 行为( 操作) 共享, 进化和确定性。它们的作用简单地讲把数据封装起来达到数据隐藏, 达到数据的高度安全; 不同层次的类操作( 行为) 尽可能共享; 进化则是知识积累、 知识更新的长期过程; 确定性则是一个相对概念, 对一个问题的认识和解释, 随着时间的推移, 其解释也是在发生变化的。( 更具体的见P3但有困难, 这些概念在以后的章节中才能详细讨论) 。下面再解释三个专业术语。1 对象什么是对象? 对象是私有数据及能够对这些数据施加操作结合在一起所构成的独立实体。这里的操作就是一些操作代码。对
6、象的动作取决于发送给该对象的消息表示式, 消息告诉对象要求完成的功能( What to do) , 并激活该功能, 这意味着对象具有自动”知道”如何完成相应操作代码( How to do) 的”智能”选择机制。与SP相比, OOP的威力在此初步显露出来。从逻辑上来分析, 一个对象是独立存在的模块, 从外部看这模块只需了解它具有哪些功能, 至于它如何实现这些功能和使用哪些局部数据来完成它们的细节则”隐蔽”在模块内部, 这就意味着模块内部状态不受外界干扰改变, 也不会殃及到其它模块, 进而使模块间依赖性小到几乎没有。2 类什么是类?类是对一组具有相同数据成员和相同操作成员的对象的说明。即类是抽象数
7、据类型的实现, 一个类的所有对象都有相同的数据结构和操作代码。每个对象都是某个类的一个具体实例。( 有的文献中用实例来替代对象) 3 继承 继承是OOP的一个重要机制。继承提供了创立新类的一种方法。一个新类能够经过已有类进行修改或扩充来满足新类的要求。新类共享已有类的行为, 而自己还具有修改或添加的行为。我们把已有类称之为父类, 新类称为子类, 则子类继承父类, 而父类派生子类。继承机制的主要优点是能减小代码和数据的重复冗余度, 大大增强程序的重用性, 能清晰体现相似类之间的层次关系。C+是一种面向对象的程序设计语言。这种语言有七个主要的特点。1) 数据封装例 先说明一个类 class 类名
8、body ; 再定义一个属于该类的对象。 在C+中, 类是支持数据封装的工具, 而对象则是数据封装的实现。类能够看作为一种数据类型, 则对象视为该类型的变量, 其定义一个对象的格式为: 类名 对象名 所谓数据封装就是把若干个成员函数( 前面讲是操作、 行为Pascal中的过程) 和一系列数据成员( 结构成员、 记录中的成员) 全部封装在一个类体中, 成员函数的作用对数据成员进行操作。类外的简单变量无法进入, 以达到数据安全、 数据隐蔽的目的。对象对数据成员进行操作访问也是经过对应的成员函数来实施的, 因此成员函数的作用相当于一个软件的接口, 经过该接口, 内外界进行交换信息。2) 作用域控制或
9、访问控制权限访问控制权限有三种, 分别为公有的( public) 、 私有的( private) 及受保护的( protected) 。成员函数一般都采用public。此时, 类体内外都可访问。而private只能由类内函数访问。Protected类内可访问, 类外只能由该类的子类或友元来访问。3) 消息发送什么叫消息? 消息是要求某个对象执行其中某个功能操作的规格说明。通俗地讲OOP中的消息相当于现实世界中的”请求”或”命令”。一般OOP中的一条消息, 由消息选择器及若干个变元( 0或多个实参) 和接受消息的对象组成。一般我们把发送消息的对象称为发送者( 函数调用者) , 接收消息的对象称之
10、为接收者( 被调用者) 。在SP中函数调用后必有响应且返回, 而OOP中有发送, 有或无接收。4) 友元 友元是类外函数。它能够不受限制地访问类中的数据成员, 不论它们是保护还是私有, 可见这种友元打破了数据的封装。在实践中建议慎用或少用( 但有特殊用途以后再叙) 。5) 重载技术 重载又分为函数名重载和运算符重载。这在C和Pascal中是没有的。所谓函数名重载即在一个程序中, 允许同名函数存在。具体实现时, 系统根据函数调用时实参的个数或实参类型”智能”地选择一个匹配的函数。同理操作符重载可达到二个简单数相加或二个对象相加。6) 继承性继承性又分单一继承和多重继承。目的是减少冗余, 提高程序
11、的可重用性。子类可用自己的成员, 也可用父类, 甚至父父类的成员。这是C+中的重点。7) 动态联编 动态联编来源于静态联编, 它是多态性技术的一部分, 它又依赖于虚函数, 是继承机制的纵深发展。 以上只能简单地抽象地讨论一下以上特征。整个课程围绕以上七个特征进行讨论。 C语言是C+的子集。 P6。 1.2 C+的词法及词法规则C+字符集包括英文大小写字母az, A-Z( 注意C+中对字母大小写是敏感的, 即aA) ,数字符号09, 以及一些允许的特殊字符。变量名、 数组名、 对象名、 结构名、 函数名等都属于标识符。C+规定, 标识符必须以字母或下划线打头, 后面能够跟字母或数字或下划线, 其
12、长度不能超过32位。经验告诉我们, 为便于记忆, 标识符可用有一定的物理意义或数学意义的字符串所组成。但用户自行定义的标识符不能使用系统的关键字或保留字。运算符见P.46, 以后逐步进行讨论。包括最简单的*/, 但要注意不能写, 应该写成! , 全等用二个,赋值号用而不是: ( 对学过Pascal的人特别注意) 。为提高程序的可读性, 在程序中可适当写一些注释, C+的注释有两种: /和/*/。/*/为多行注释符, 以/*打头, */结尾。 如 /* */则第2、 3行语句被注释, 系统不予运行。而/称之为行注释。 如 /这里第二行后面为注释内容, 但第二行仍运行。 如 /则第二行屏蔽。/*/
13、也可放在一行用, 起行注释作用。C+的分隔符号有空格符、 逗号、 分号、 冒号、 等各有不同作用, 在具体的程序中再作讨论。分号主要用作语句结束符。1.3 C+程序的结构学习计算机语言的入门, 总是先阅读几个程序, 尔后在此基础再动手编写。例 #include /this is a c+ program void main( ) double x,y; coutxy; double z=x+y; cout”x+y=”z, =,double ( 42.5-6.5) 在C+中又是如何确定类型的高低呢? 系统确定的高低优先级顺序为: double-float-long-unsigned-int-ch
14、ar 因此 long*int-long long-float-float另一种为强置转换, 强置转换的格式有二种: int(4.2)+5-9 (int)4.2+5-9 (float)2+3-5.0000002.2 构造类型C+中的数据类型除了基本类型之外, 还有构造类型。构造类型又包括数组、 枚举、 结构、 联合及指针。 数组的定义方式 int A5;A是数组名, 它包括有5个元素, 每一个元素均为int, 下标属于04; 而二维数组: char B23;二行三列的字符型数组, 下标为00、 01、 02、 10、 11、 12, 该数组在内存中以行次序存放。注意行列分别用二对方括号, 数组也
15、可在定义时进行初始化。 char N5=”abcd”; 等同于 N0=a,N1=b,N2=c,N3=d,N4=0; int A5=11,22,33,44,55;0称之为串尾结束符。”a”则在内存中占二个字节, a只占一个字节。构造的另一种类型为枚举。它是若干个有名字的整型常量的集合。如果一个变量只有几种可能的值, 能够定义为枚举类型。把这几种可能出现的值一一列举出来, 该枚举变量的值就只能被限制在这个列举的范围内。假定有一个颜色的集合为红、 黄、 蓝、 白、 黑, 则定义一个枚举enum colorred,yellow,blue,white,black关键字 类型名 颜色子集这里的enum 是
16、enumaret的简写 enum color x; /x为color枚举变量名此时x的值只能是redblack , 系统内用整型数表示默认为0、 1、 2、 3、 4。对枚举变量的赋值只能用枚举元素的标识符, 而不能写数字值。 xblack; coutx; 则输出4若在枚举定义时, 也可由程序员定义改变枚举元素的值 enum colorred=4,yellow,blue,white,black; 则元素取值为4, 5, 6, 7, 8 亦可red=4,yellow=10,blue,white,black; 则结果为4, 10, 11, 12, 13但不允许在某一元素定义一个值, 它的左边为默认
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