《面向对象程序设计》教学大纲.docx

面向对象程序设计
（Object-Oriented Programming）
课程代码：2121031学分：3
学时：48 （其中：课程教学学时：32实验学时：16）先修课程：程序设计基础
适用专业：计算机科学与技术专业教材：《C++语言程序设计（第4版）》，清华大学出版社，郑莉，董渊，何江舟编著，2010o 开课学院：计算机与软件学院
一、课程性质与课程目标
（一）课程性质
《面向对象程序设计》是计算机专业本科生的一门学科基础必修课程。面向对象软件开 发方法是吸收了软件工程领域有益的概念和有效的方法而开展起来的•种软件开发方法。它 集抽象性、封装性、继承性和多态性于一体，可以帮助人们开发出模块化的程序数据抽象程 度高的，表达信息隐蔽、可复用、易修改、易扩充等特性。
（二）课程目标
本课程主要通过C++语言介绍面向对象程序设计基本概念和面向对象程序设计的方法。 学生在学习过程中可以通过大量的程序实例和相关练习，逐步掌握有关C++语言的基本概念、 基本语法和编程方法，理解C++语言面向对象的重要特征，能够灵活应用自己所学的理论知 识进行程序开发，增强实践动手技能，并能够提高学生独立分析问题和解决问题的能力。
课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：
课程目标1：掌握面对对象程序设计的基本概念和面向对象的程序设计方法，为解决复 杂工程问题打下基础。
课程目标2：掌握在Visual Studio环境下的C++语言基本语法规那么。
课程目标3：通过在Visual Sludio环境下运用C++语言编制程序，培养学生面向对象的 编程能力。
课程目标4：培养运用面向对象的思想分析问题和解决问题能力。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系
本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1.2、2.2、3.2。
毕业要求指标点1.2：具备扎实的计算机工程基础知识，了解通过计算机解决复杂工程 问题的基本方法，并遵循复杂系统开发的工程化基本要求；
毕、也要求指标点2.2：应用计算机领域专业知识，能够根据给出的实际工程案例，运用 图表等工程方法发现问题、提出问题及分析问题;cout«"the distance is： "«distance(mypl, myp2)«endl;
（3）编写一个程序：声明一个Cat类，拥有静态数据成员HowManyCats,用以记录Cat 的个体数目；拥有静态成员函数GetHowMany （）,用以存取HowManyCats。设计程序并测试 这个类，体会静态数据成员好静态成员函数的用法。
（4）编写一个程序：输入几个学生的姓名、英语和计算机成绩，然后按照总分从高到 低排序。要求定义一个student类，用友元函数实现排序。
3.重难点
（1）友元类与友元函数
（2）静态数据成员
（3）可见性与作用域实验5.数组与指针
1.实验目的及要求
（1）掌握数组与指针的使用
（2）掌握对象数组与指针的用法
（3）学习字符串数据的组织与处理
（4）掌握动态内存分配
2.实验主要内容
（1）编写并测试3X3矩阵转置函数，使用数组保存3X3矩阵。
（2）使用动态内存分配生成动态数组类完成上题，使用指针实现函数的功能。
（3）实现两个字符串的连接。要求使用字符数组保存字符串，不要使用系统函数。
（4）使用string类声明字符串对象，重现作上题。
（5）声明一个Emplyee类，其中包括姓名、街道地址、城市和邮政编码等属性，以及 change_name（）和display。等操作函数。display。显示姓名、街道地址、城市和邮政编码等属 性，change_name（）改变对象的姓名属性。实现并测试这个类。
（6）声明包含5个元素的对象数组，每个元素都是Emplyee类。
（7）设计一个用于人事管理的People （人员）类。考虑到通用性，这里只抽象出所有类型 人员都具有的属性。具体属性char name[ll]、char number⑺（编号）、char sex（性别）、 birthday（出生日期）、charid[16]（身份证号）等等。其中“出生日期”定义为一个“日期”类内 嵌子对象。用成员函数实现对人员信息的录入和显示。要求包括：构造函数和析构函数、拷 贝构造函数、内联成员函数、组合类。在测试程序中声明people类的对象数组，录入数据 并显示。
3 .重难点
（1）对象指针与数组
（2）动态分配对象内存实验6.继承与派生
4 .实验目的及要求
（1）学习定义和使用类的继承关系，定义派生类。
（2）熟悉不同继承方式下对基类成员的访问控制。
（3）学习利用虚基类解决二义性问题
5 .实验主要内容
参考内容如下：
（1）定义一个基类Animal,有私有整型成员变量age,构造其派生类dog,在其成员 函数SetAge（int n）中直接给age赋值，看看会有什么问题，把age改为公有成员变量，还会 有问题吗？编程试试看。
（2）定义一个基类BaseClass,有整型成员变显Number ,构造其派生类DerivedClass, 观察构造函数和析构函数的执行情况。
（3）定义一个车（vehicle）基类,具有MaxSpeed、Weight等成员变量,Run、Stop等成 员函数,由此派生出自行车（bicycle）类、汽车（motorcar）类。自行车类有高度（height）等属性， 汽车类有座位数（SeatNum）等属性。从bicycle和motorcar派生出摩托车（motorcycle）类，在继 承过程中，注意把vehicle设置为虚基类。如果不把vehicle设置为虚基类，会有什么问题？ 编程试试看。
（4）从实验5中的people （人员）类派生出student（学生）类，添加属性：班号char classNo[7];从 people 类派生出 teacher （教师）类，添加属性：职务 char principalship[ll]> 部门char departmental]。从student类派生出graduate （研究生）类,添加属性：专业char subject[21]s 导师 teacher adviser;从 graduate 类和 teacher 类派出 TA （助教生）类，注意虚 基类的使用。重载相应的成员函数，测试这些类。
3.重难点
（1）派生类的定义
（2）派生类对•象构造函数与析构函数调用的先后顺序
（3）虚基类实验7.多态性
1 .实验目的及要求
（1）掌握运算符重载的方法
（2）学习使用虚函数实现动态多态性。
2 .实验主要内容
参考内容如下：
（1）定义Point类，有坐标x, y两个成员变量；对Point类重载运算符，实 现对坐标值的改变。
(2)定义一个车(vehicle)基类,有Run、Stop等成员函数，由此派生出自行车(bicycle) 类、汽车(motorcar)类，从bicycle和motorcar派生出摩托车(motorcycle)类，它们都有Run、Stop 等成员函数。观察虚函的作用。
(3)前面实验中的People类重载“==”运算符和运算符，“==”运算符判断两个 People类对象的id属性是否相等；“=”运算符实现People类对象的赋值操作。
3 .重难点
(1)运算符重载
(2)虚函数实验8.流类库与输入输出
4 .实验目的及要求
(1)熟悉流类库中常用的类及其成员函数的用法。
(2)学习标准输入输出及格式控制
(3)学习对文件的应用方法
5 .实验主要内容
参考内容如下：
(1)观察以下程序的输出，注意对输出格式的控制方法。
//labll_l.cpp#include <fstream>
using namespace std;#define D(a) T « #a « endl; a
ofstream T("output.out");int main() {
D(int i = 53;)
D(float f = 4700113.141593;)
char* s = "Is there any more?";
D(T.setf(ios： ： unitbuf);)
D(T.setf(ios： ： showbase);)
D(T.setf(ios： ： uppercase);)
D(T.setf(ios： ： showpos);)
D(T « i « endl;)
D(T.setf(ios： ： hex, ios： ： basefield);)
D(T « i « endl;)
D(T.unsetf(ios： ： uppercase);)
D(T.setf(ios： ： oct> ios： ： basefield);)
D(T « i « endl;)
D(T.unsetf(ios： ： showbase);)
D(T.setf(ios： ： dec, ios： ： basefield);)
D(T.setf(ios： ： left, ios： ： adjustfield);)
D(T.fill('O');)
D(T « "fill char： " « T.fill() « endl;)
D(T.width(8);)
T « i « endl;
D(T.setf(ios： ： right, ios： ： adjustfield);)
D(T.width(8);)
T « i « endl;
D(T.setf(ios： ： internal, ios： ： adjustfield);)
D(T.width(8);)
T « i « endl;
D(T « i « endl;) // Without width(lO)
D(T.unsetf(ios： ： showpos);)
D(T.setf(ios： ： showpoint);)
D(T « "prec = " « T.precision() « endl;)
D(T.setf(ios： ： scientific, ios： ： floatfield);)
D(T « endl « f « endl;)
D(T.setf(ios： ： fixed, ios： ： floatfield);)
D(T « f « endl;)
D(T.setf(0, ios： ： floatfield);) // Automatic
D(T « f « endl;)
D(T.precision(16);)
D(T « "prec = " « T.precision() « endl;)
D(T « endl « f« endl;)
D(T.setf(ios： ： scientific, ios： ： floatfield);)
D(T « endl « f « endl;)
D(T.setf(ios： ： fixed, ios： ： floatfield);)
D(T « f « endl;)
D(T.setf(0, ios： ： floatfield);) // Automatic
D(T « f « endl;)
D(T.width(8);)
T « s « endl;
D(T.width(36);)
T « s « endl;
D(T.setf(ios： ： left, ios： ： adjustfield);)
D(T.width(36);)
T « s « endl;
D(T.unsetf(ios： ： showpoint);)
D(T.unsetf(ios： ： unitbuf);)
)(2)编写程序，用二进制方式翻开指定的一个文件，在每一行前加行号。
(3)使用实验五的学生数组，输入数据，显示出来，使用I/O流把此数组的内容写入磁 盘文件，再显示出文件内容。
3.重难点(1)输入输出流类
(2)输入输出文件流类对文件的读写。
注：本课程为专业基础课，授课对象为大一学生，实验类型主要包括验证性和设计性实验, 提交实验报告3-5次。实验实习报告的撰写要求：
1 .实验目的
2 .实验内容
3 .流程图(可选)
4 .实现代码
5 .程序运行结果
6 .经验总结
考核及成绩评定：以上机实习完成情况和实习报告完成情况进行综合考核。
四、学时分配及教学方法
章
教学形式及学时分配
主要教学方法
支撑的课程目
标
课堂 教学
实验
上机
课程 实践
小计
1、C++概述
2

1

3
讲授、举例、上机
课程目标1-4
2、C++的语句和简单的程 序设计
2

1

3
讲授、举例、自学、
上机
课程目标1-4
3、函数
4

2

6
讲授、举例、自学、 上机
课程目标1-4
4、类与对象
4

2

6
讲授、举例、演 示、、上机
课程目标1、4
5、数据的共享与保护
4

2

6
讲授、举例、自学、
上机
课程目标1・4
6、数组、指针与字符串
4

2

6
讲授、举例、自学、 上机
课程目标1-4
7、继承与派生
4

2

6
讲授、举例、上机
课程目标1-4
8、多态性
4

2

6
讲授、举例、上机
课程目标L4
9、模板和命名空间
2

2
讲授、举例
课程目标1-4
9、流类库与输入输出
2

2

4
讲授、举例、自学、 上机
课程目标1-4

32

16

48

注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；
2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案 例等教学方法）等。
五、课程考核课程考核方式包括期末考试、平时成绩（包括期中测试、点名、作业实验报告）。
考核形式
考核要求
考核权重
备注
课内测试
考勤与上课表现作业，作业：8次。
10%
（含上机点名）无 期中考试为15%
期中测试
笔试，闭卷。题型与期末试卷类似。
10%
无期中考试为0
实验
完成8个实验，主要训练学生应用所学知以解决实际问 题的能力。详细评分标准见附件1。
10%
无期中考试为
15%
期末考试
试卷题型包括填空题、选择题、阅读程序题、程序填空 题、改错题和编程题6大类，以卷面成绩的70%计入课 程总成绩。
70%
期末考试采用闭 卷笔试。

六、参考书目及学习资料1.谭浩强.C++程序设计（第2版）.清华大学出版社，2011
2 .（美）Siephen Prata著孙建春，韦强译.C++PrimcrPlus-（第5版）（中文版）.人民邮电出版社, 2005.5.1.
3 .根据个人情况选作教师《自编习题集》上题目。
七、大纲说明
1 .主要采用多媒体教学手段，主要知识点板书与多媒体相结合，多种教学手段综合运 用。
2 .完成教材后所有作业。每章抽取2-5题目上交进行评价，完成布置的上交作业即给 分,质量特别差的适度扣分。
附录1 :实验考核方式及评分细那么
本实验以考查为主，考核的内容包括实验过程的表现（其中包含分析与解决问题的能力）、 实验报告的质量等。分析与解决问题的能力采用提问和现场操作的方式进行。实验成绩中出 勤、预习占10%,实验过程表现占50%、实验报告占40%。
成绩组成
考核/评价环节
分值
考核/评价细那么
对应的毕业 要求指标点
出勤、预 习10%
出勤状况， 预习评价
10
能按时到勤，遵守实验规定，不损坏实验设备（占 5%）；能够预习，并理解实验原理及目的（占5%）o
1.2
2.2
实验过程 60%
实验中的表现
60
按照预设方案操作，正确完成实验（占25%）； 实验结果的准确性（占20%）；利用所学知识分 析解决问题的能力（占15%）。各个实验在总分 中所占权重系数以课时数为标准。
1.2
2.2
3.2
实验报告
30%
实验报告评价
30
主要考察学生对实验结果进行分析和实验数据 进行处理的能力。要求格式规范（占10%）；数 据准确（占10%）；并按要求完成相应思考题 （10%）。
2.2
3.2

毕业要求指标点3.2：能够合理有效地组织、存偌和处理数据，正确地进行算法设计、 分析和评价。
毕业要求^
课程目标1
课程目标2
课程目标3
课程目标4
毕业要求1.2

毕业要求2.2

毕业要求3.2

/

二、课程内容及教学要求
本课程主要教学内容包括：面向对象的基本概念和基本思想，C++程序机构、函数、类 和对象、数据的共享和保护、对象的指针和数组、继承与派生、多态、模板和命名空间、流 类库和命名空间。
本课程的基本要求是：要求学生在程序设计时采用面向对象的思想来设计程序，了解复 杂工程的面向对象解决问题的方法：要掌握面向对象的基本特征：分类、封装、继承与派生 和多态，要掌握面向对象的数据的隐藏性、平安性，能够采用面向对象方法合理有效地组织 和处理数据；要掌握面向对象的指针和数组以及输入和输出，解决解决实际问题。通过本课 程的学习培养学生面向对象程序分析、设计和编程的能力。
第1章C++概述
（一）教学内容
（1）程序设计语言的基本要素和开展过程：
（2）面向对象程序设计语言：对象与类的概念，面向对象的基本思想，对象、类、封装和 隐藏、继承和重用、派生、多态性
（3）C++语言的特点、用途，C++程序的结构特征。
（二）教学要求
（1）了解程序设计语言的基本要素，了解C++的开展过程；
（2）理解面向对象程序设计基本概念：对象与类的概念，面向对象的基本思想，对象、类、 封装和隐藏、继承和重用、派生、多态
（3）掌握C++语言的特点、用途，C++程序的结构特征。
（三）重点与难点重点：面向对象程序设计的特点与基本概念。
难点：面向对象程序设计的特点与基本概念。
第2章C++的语句和简单的程序设计
（一）教学内容
（1）C++语言概述
（2）基本数据类型和表达式
（3）数据的输入与输出
（4）自定义数据类型
（二）教学要求
（1）了解C++语言开展过程和特点
（2）理解自定义数据类型
（3）掌握C++的输入和输出
（4）掌握C++语言的基本类型和表达式
（三）重点与难点重点：C++的输入和输出
难点：C++的输入和输出第3章函数
（一）教学内容
（1）内联函数，C++系统函数；
（2）带默认形参值的函数；
（3）函数的定义与使用，函数重载；
（二）教学要求
（1）了解内联函数，C++系统函数；
（2）理解带默认形参值的函数；
（3）掌握函数的定义与使用，函数重载；
（三）重点与难点重点：函数的定义与引用用，函数重载；
难点：函数重载，带默认形参值的函数，引用作参数;第4章类与对象
（一）教学内容
（1）面向对象程序设计的基本特点，UML
（2）构造函数和析构函数，类的组合；
（3）类和对象的定义和使用，结构体和联合体；
（二）教学要求
（1）了解面向对象程序设计的基本特点，UML
（2）理解构造函数和析构函数，类的组合：
（3）掌握类和对象的定义和使用，结构体和联合体；
（三）重点与难点重点：类和对象的定义和使用；
难点：构造函数和析构函数;第5章数据的共享与保护
（一）教学内容
（1）对象的生存期，友元类，常对象，常引用，多文件结构和编译预处理命令
（2）标识符的作用域与可见性，用const修饰的类成员
（3）类的静态成员，友元函数；
（二）教学要求
（1）了解对象的生存期，友元类，常对象，常引用，多文件结构和编译预处理命令
（2）理解标识符的作用域与可见性，用const修饰的类成员
（3）掌握类的静态成员，友元函数：
（三）重点与难点重点：标识符的作用域与可见性。
难点：静态成员，友元函数。
第6章数组、指针与字符串
（―）教学内容
（1）数组、指针；；
（2）动态内存分配，字符串；
（3）深复制与浅复制
（二）教学要求
（1）了解深复制与浅复制；
（2）理解动态内存分配，字符串；
（3）掌握数组、指针；
（三）重点与难点重点：指针。
难点：动态内存分配。
第7章继承与派生
（一）教学内容
（1）类的继承与派生、访问控制；
（2）派生类构造函数、析构函数
（3）纯虚函数与抽象类；
（二）教学要求
（1）了解纯虚函数与抽象类；
（2）理解派生类成员的标识与访问；
（3）掌握类的继承与派生、访问控制；
（三）重点与难点
重点：派生类构造函数与析构函数；
难点：类型兼容规那么；
第8章多态性
（一）教学内容
（1）运算符重载；
（2）类型兼容规那么；
（3）虚函数；
（二）教学要求
（1）了解类型兼容规那么；
（2）理解虚函数；
（3）掌握运算符重载；
（三）重点与难点重点：运算符重载；
难点：虚函数；第9章模板与命名空间
（-）教学内容
（1）函数模板
（2）类模板
（3）命名空间
（-）教学要求
（1）理解模板和命名空间概念
（2）掌握函数模板、类模板和命名空间的定义和使用
（三）重点与难点重点：函数模板和类模板。
难点：函数模板和类模板。
第10章流类库与输入输出
（-）教学内容
（1）流的概念及流类库结构；
（2）输出流、输入流；
（3）输入输出流流对象文件的读写等操作
（二）教学要求
（1） 了解流的概念及流类库结构；
（2）理解输出流、输入流；
（3）掌握输出流流对象文件的读写等操作
（三）重点与难点
重点：输入输出流。
难点：输入输出流。
三、本课程开设的实验工程
编号
实验工程名称
学时
类型
要求
支撑的课程目标
1
C++程序的运行环境及简单程序设计
2
验证性
必做
课程目标2、3
2
函数
2
设计性
必做
课程目标2、3
3
类和对象
2
设计性
必做
课程目标1-3
4
数据共享与保护
2
设计性
必做
课程目标L4
5
数组与指针
2
设计性
必做
课程目标V4
6
继承与派生
2
设计性
必做
课程目标1-4
7
多态性
2
设计性
必做
课程目标1-4
8
流类库与输入输出
2
设计性
必做
课程目标1-4
实验1： C++程序的运行环境及简单程序设计
1 .实验目的及要求（1）了解C++开发工具的特点
（2）熟悉C++开发环境（3）学习用C++编写标准的C++程序
（4）练习使用简单的输入输出。
（5）观察头文件的作用。
（6）学会使用 Visual Studio C++W DEBUG 调试程序。
2 .实验主要内容（1）使用C++来建立一个非图形化的标准C++程序，编译、运行下例程序:
#include <iostream.h>void main(void) cout«,,Hello!\n,/;
cout<<"Welcome to C++!\n";）
（2）输入并运行教材《C++语言程序设计》中的例题2-7,即：用do-while语句编程, 求自然数广10之和。程序正确运行之后，去掉源程序中的#仍（:1"0语句，重新编译，观察 会有什么问题。
（3） do-while语句用for语句代替，完成相同的功能。
（4）程计算图形的面积。程序可计算圆形、长方形、正方形的面积，运行时先提示用 户选择图形的类型，然后，对圆形要求用户输入半径值，对长方形要求用户输入长和宽的值， 对正方形要求用户输入边长的值，计算出面积后将其显示出来。
a）使用debug调试功能观察程序运行中变量值的变化情况。
b）定义一个表示时间的结构体，可以精确表示年、月、口、小时、分、秒；提示用户 输入年、月、日、小时、分、秒的值，然后完整地显示出来。
3 .重难点C++文件的debug调试。
（2 ） C++程序结构。
实验2.函数的应用
1 .实验目的及要求（1）掌握函数的定义和调用方法。
（2）练习重载函数使用。
（3）练习使用系统函数。
2 .实验主要内容
参考内容如下：
（1）编写一个函数把华氏温度转换为摄氏温度，转换公式为：C=（F-32）*5/9o
（2）编写重载函数Maxi可分别求取两个整数，三个整数，两个双精度数，三个双精度 数的最大值。
（3）使用系统函数pow（x, y）计算xy的值，注意包含头文件math.h。
（4）用递归的方法编写函数求Fibonacci级数，观察递归调用的过程。
（5）编一个函数完成两个整数交换，形参分别采用变量、指针、引用，在主函数里观 察三种形参的区别。
3 .重难点
（1）函数的定义与调用
（2）重载函数
实验3.类与对象
4 .实验目的及要求（1）掌握类的定义和使用
（2）掌握类的定义和对象的声明（3）复习具有不同访问属性的成员的访问方式。
（4）察构造函数和析构函数的执行过程。
（5）使用DEBUG来调试程序，跟踪观察类的构造函数、析构函数、成员函数的执行顺 序。
5 .实验主要内容
参考实验内容如下：
（1）定义一个CPU类，包含等级（rank） 频率（frequency）、电压（voltage）等属性， 有两个公有成员函数run、stop0其中rank为枚举类型CPU_Rank,定义为enum CPU_Rank={Pl=l, P2, P3, P4, P5, P6, P7}, frequency为单位为MHz的整型数，voltage为浮点型的电压值。 观察构造函数和析构函数的调用顺序。
（2）定义一个简单的Computer类,有数据成员芯片（cpu）、内存（ram）、光驱（cdrom） 等等，cpu为CPU类的一个对象，ram为RAM类的一个对象，cdrom为CDROM类的一个对象， 定义并实现这个类。
（3）设计一个用于人事管理的People （人员）类。考虑到通用性，这里只抽象出所有 类型人员都具有的属性：number（编号）、sex（性别）、birthday（出生日期）、id（身份证号）等等。 其中“出生日期”定义为一个“日期”类内嵌子对象。用成员函数实现对人员信息的录入和 显示。要求包括：构造函数和析构函数、拷贝构造函数、内联成员函数。
6 .重难点
（1）类与对象的定义。
（2）构造函数和析构函数的定义与调用顺序。
（3）组合类中构造函数的定义与调用顺序。
实验4.数据共享与保护
7 .实验目的及要求（1）观察程序运行中变量的作用域.
（2）学习类的静态成员的使用。
（3）掌握友元的定义和使用方法。
8 .实验主要内容
参考内容如下：
（1）输入下面的程序（教材第131页例5・5）,体会静态数据成员的特点。
#include <iostream.h>
class Testprivate：
int k;public：
static int n;Test (int kk)
{ k=kk; n++;}void Display()
{cout«"n="«n<<" k="«k«endl;}
)；
int Test： ： n=O;
void main()
{ Testtl(lO);tl.Display();
Test t2(2O);t2.Display();
Test： ： n++;t2.Display();
)(2)输入下面的程序(教材第136页例5-7),体会友元函数的特点。
#include <iostream.h>
^include <math.h>
class point
{ private：
double x, y;public：
point(double xx, double yy){ x=xx; y=yy; }
double get_x(){return x; }
double get_y(){return y; }
friend double distance(point pl, point p2){ return sqrt((pl.x-p2.x)*(pl.x-p2.x)+(pl.y-p2.y)*(pl.y-p2.y));}
)；
void main()point mypl(l, 1), myp2(4, 5);