1、第8章 类和对象,C+程序设计,Logo,本章内容,8.1 面向对象程序设计方法概述 8.2 类的声明和对象的定义 8.3 类的成员函数 8.4 对象成员的引用 8.5 类和对象的简单应用举例 8.6 类的封装性和信息隐蔽,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,面向对象程序设计：把同一对象的数据和操作封装在一起,使用对象、类、继承、封装、消息等基本概念来进行的程序设计。 例如：人们生产汽车时，发动机、底盘、车身和轮子分别由不同生产厂商设计和制造，最后由汽车制造商组装在一起。在组装时，各部分之间有一定的联系，以便协调工作，各部分内部如何工作一无所知。为了进一步说明问题，下面先讨论几个有关的
2、概念。,OO = 对象 + 类 + 消息 + 继承 + 封装 + 多态,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,1. 对象对象是具有明显边界和含义的概念、抽象或事物，一个对象代表了一个现实的或虚拟的实体。,自然实体概念实体软件实体,化学过程,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,1. 对象 对象（Object）是包含客观世界物体特征的抽象实体,客观世界中任何一个事物都可以看成一个对象。对象可大可小。对象是构成系统的基本单位。对象由属性（Attribute）和行为（Action）两部分组成。 对象的两个要素：属性和行为。 属性：对象的特征，定义成员变量描述。 行为：对象的动作，定义成员
3、函数完成。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,对象属性举例： 一个学生对象属性：姓名、号码、性别、职业、年级。 一个教师对象属性：姓名、号码、性别、职业、职务。 一台录像机对象属性：型号、品牌、体积、重量、价格。一台笔记本电脑对象的属性：？,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,对象行为举例： 一个学生对象行为：听课、交作业、考试。 一个教师对象行为：讲课、改作业、监考。 一台录像机对象行为：录像、播放、暂停、快进、停止。一台笔记本电脑的行为：？,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,在一个系统中的多个对象之间通过一定的渠道相互联系，如图8.1示意。要使某一个对象实现某一
4、种行为(即操作)，应当向它传送相应的消息。对象之间就是这样通过发送和接收消息互相联系的。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,2、类每一个实体都是对象。有一些对象是具有相同的结构和行为的。每个对象都属于一个特定的类型。类（Class）是一组具有相同结构和行为的对象的集合。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,2、类 类的举例：学生类、教师类、录像机、笔记本电脑、汽车、饮料、气体、矿石、人、动物.,如：10个不同尺寸的三角形是10个对象。这10个三角形对象有相同的属性结构和行为，可以将它们抽象为一种类型，称为三角形类型。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,3. 封装与信
5、息隐蔽 封装：将有关的数据和操作代码封装在一个对象中，形成一个基本单位，各个对象之间相对独立，互不干扰。信息隐蔽：将对象中某些部分对外隐蔽，即隐蔽其内部细节，只留少量接口，以便与外界联系，接收外界的消息。 信息隐蔽有利于数据安全，防止无关的人了解和修改数据。,封装可以降低复杂度和出错的可能性，提高类或模块的可重用性、隐藏性，使用方便，易于维护。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,3. 封装与信息隐蔽,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,4. 继承与派生继承是一种由已有的类创建新类的机制。子类从父类继承了共性，又派生出自己的各自的特性。父类-子类（派生类）将门虎子继承,Logo
6、,8.1 面向对象程序设计方法概述,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,父类别可以被多个子类别继承, 子类别也可以是别的类的父类，从而建立类继承的层次结构。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,C+提供了继承机制，采用继承的方法可以很方便地利用一个已有的类建立一个新的类。这就是常说的“软件重用”(software reusability) 的思想。 继承的目的：实现代码重用。 派生的目的：当新的问题出现，原有程序无法解决（或不能完全解决）时，需要对原有程序进行改造。,Logo,8.1 面向对象程序设计方法概述,5. 多态性 由继承而产
7、生的相关的不同的类，其对象对同一消息会作出不同的响应。 如：动物都会叫，但不同的动物的叫声不同。 如：在Windows环境下，用鼠标双击一个文件对象(这就是向对象传送一个消息)，根据文件对象的不同，将做不同的操作。如果是可执行文件，则会执行此程序；如果是文本文件，则启动文本编辑器并打开该文件。,Logo,8.1.2 面向对象程序设计的特点,面向对象程序设计面对的是一个个对象。 程序设计者的任务包括两个方面： (1)设计所需的各种类和对象，即决定把哪些数据和操作封装在一起； (2)考虑怎样向有关对象发送消息，以完成所需的任务。这时他如同一个总调度，不断地向各个对象发出命令，让这些对象活动起来(或
8、者说激活这些对象)，完成自己职责范围内的工作。各个对象的操作完成了，整体任务也就完成了。显然，对一个大型任务来说，面向对象程序设计方法是十分有效的，它能大大降低程序设计人员的工作难度，减少出错机会。,Logo,8.1.4 面向对象的软件开发,随着软件规模的迅速增大，软件人员面临的问题十分复杂。需要规范整个软件开发过程，明确软件开发过程中每个阶段的任务，在保证前一个阶段工作的正确性的情况下，再进行下一阶段的工作。这就是软件工程学需要研究和解决的问题。,面向对象的软件工程包括以下几个部分：,Logo,8.1.4 面向对象的软件开发,Logo,8.2 类的声明和对象的定义,8.2.1对象和类的关系
9、每一个对象都是某一个类的实例； 每一个类在某一时刻都有零个或更多的实例； 类是静态的，它们的存在、语义和关系在程序执行前就已经定义好了； 对象是动态的，它们在程序执行时可以被创建和删除； 类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。在一开始时弄清对象和类的关系是十分重要的。,Logo,8.2 类的声明和对象的定义,8.2.1对象和类的关系 白马非马对象和类这是中国古代伟大的逻辑学家公孙龙（约公元前320-250年）提出的一个著名的逻辑问题，出自公孙龙子白马论。,类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。,Logo,8.2类的声明和对象的定义,8.2.2类的声明在C+中声明一个类类型和声明
10、一个结构体类型是相似的。以前，定义结构体类型，描述一个对象 ： struct Student int num; char name20; char sex; ; Student stud1，stud2; /定义了两个结构体变量stud1和stud2,我们把一个对象可能具有的动作，加入到对象的描述中，就形成了类。,Logo,8.2.2 类的声明,class Student /以class开头 int num; char name20; char sex; /以上3行是数据成员 void display( ) /这是成员函数 coutnum:numendl; coutname:nameendl;
11、coutsex:sexendl; /以上4行是函数中的操作语句 ; Student stud1，stud2; /定义了两个Student 类的对象stud1和stud2 可以看到声明类的方法是由声明结构体类型的方法发展而来的。,Logo,8.2.2 类的声明,class private: /私有成员，缺省存取权限 public: /公有成员 protected: /保护成员；,Logo,8.2.2 类的声明,类一经定义就形成了边界，达成了封装，就像建 了一幢房子访问修饰符的作用就是在房子上开窗，开门，让 别人可以访问。,访问修饰符,Logo,8.2.2 类的声明,访问修饰符,Logo,8.2.
12、2 类的声明,访问修饰符,Logo,8.2.2 类的声明,注意：(1)在声明类类型时，声明为private的成员和声明为public的成员的次序任意，既可以先出现private部分，也可以先出现public部分。(2)如果在类体中既不写关键字private，又不写public，就默认为private。(3)在一个类体中，关键字private和public可以分别出现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限定符或类体结束时(最后一个右花括号)为止。但是为了使程序清晰，应该养成这样的习惯： 使每一种成员访问限定符在类定义体中只出现一次。,Logo,8.2.2 类的声明,可以将上面类Student
13、的声明改为 class Student /声明类类型 private: /声明以下部分为私有的 int num; char name20; char sex; public: /声明以下部分为公用的 void display( ) coutnum:numendl; coutname:nameendl; coutsex:sexendl; ; Student stud1，stud2; /定义了两个Student 类的对象,Logo,8.2.2 类的声明,不能把类中的全部成员与外界隔离，一般是把数据隐蔽起来，而把成员函数作为对外界的接口。,Logo,8.2.3 对象的定义,private:idnam
14、emajorfees,public:register,Student类,对象stu1,0521140 张三 Computer 16000register,对象stu1,0522240 李四 Network 16000register,Logo,8.2.3 对象的定义,1. 先声明类类型，然后再定义对象 声明了类类型后，定义对象有两种形式。 （1）class 类名 对象名 class Student stud1, stud2; 把class和Student合起来作为一个类名，用来定义对象。 （2） 类名 对象名 Student stud1，stud2; 直接用类名定义对象。这两种方法是等效的。,
15、Logo,8.2.3 对象的定义,class Student private: int id;char name20; char major20; float fees; public:void register ( ) cin id name major fees; ; Student stu1,stu2;,Logo,8.2.3 对象的定义,2. 在声明类类型的同时定义对象 class Student private: int id;char name20; char major20; float fees; public:void register ( ) cin id name majo
16、r fees; stud1,stud2; /定义了两个Student类的对象在定义Student类的同时，定义了两个Student 类的对象。,Logo,8.2.3 对象的定义,3. 不出现类名，直接定义对象 class /无类名 private: /声明以下部分为私有的. public: /声明以下部分为公用的. stud1, stud2; /定义了两个无类名的类对象 这种方法很少用。在实际的程序开发中，一般都采用第1种方法。 在定义一个对象时，编译系统会为这个对象分配存储空间，以存放对象中的成员。,Logo,8.3 类的成员函数,8.3.1 成员函数的性质 类的成员函数与一般函数的区别只是
17、： 它是属于一个类的成员，出现在类体中。可以指定为private、 public、protected 成员函数可以访问本类中任何成员(包括私有和公用数据和函数成员) 。,Logo,8.3 类的成员函数,如何指定类的成员函数为public还是private？ (1)一般将需要被外界调用的成员函数指定为public，它们是类的对外接口。 (2)不被外界调用的，而只是为本类中的成员函数所调用的函数，应指定为private。这种函数的作用是支持其他函数的操作，是类中其他成员的工具函数，类外用户不能调用这些私有的工具函数。,Logo,8.3.2 在类外定义成员函数,成员函数可以在类体中定义，也可以在类外
18、定义。如果是在类外定义，类体中只写成员函数的声明，具体函数定义而在类的外面进行。如 ：,class Student private:int id;char name20; char major20; float fees; public:void register ( ) ; /此处只做成员函数声明 ;,void Student : register ( ) /成员函数的具体定义 cin id name majorfees; ,Logo,8.3.2 在类外定义成员函数,注意： 类体中定义函数时，不需要在函数名前面加上类名，因为函数属于哪一个类是不言而喻的。 成员函数在类外定义时，必须在函数名前
19、面加上类名，予以限定(qualifed)，“”是作用域限定符(field qualifier)或称作用域运算符，用它声明函数是属于哪个类的。 如果在作用域运算符“”的前面没有类名，或者函数名前面既无类名又无作用域运算符“”，如 display( ) 或 display( )则表示display函数不属于任何类，这个函数不是成员函数，而是全局函数，即一般普通函数。,Logo,8.3.2 在类外定义成员函数,注意： 类体中作原型声明，然后在类外定义，类体的位置应在函数定义之前，否则编译时会出错。 在类的内部对成员函数作声明，而在类体外定义成员函数，这是程序设计的一种良好习惯。,Logo,8.3.4
20、 成员函数的存储方式,用一段空间存放共同的函数代码段，在调用各对象的函数时，都去调用这个公用的函数代码。 每个对象占用的存储空间只是该对象的数据部分所占用的存储空间，而不包括函数代码所占用的存储空间。,一个对象所占的空间大小只取决于该对象中数据成员所占的空间，而与成员函数无关。函数代码是存储在对象空间之外的。,#include using namespace std; class Time int hour;int minute;int sec; public:void set( )cin hour minute sec; ; int main() coutsizeof(Time)endl;r
21、eturn 0; ,Logo,8.4 对象成员的引用,在程序中经常需要访问对象中的成员。访问对象中的成员可以有3种方法：通过对象名和成员运算符访问对象中的成员; 通过指向对象的指针访问对象中的成员; 通过对象的引用变量访问对象中的成员。,Logo,8.4.1 通过对象名和成员运算符访问对象中的成员,访问对象中成员的一般形式:对象名.成员名不仅可以在类外引用对象的公用数据成员，而且还可以调用对象的公用成员函数，但同样必须指出对象名，如 stud1. register ( ) ; /正确，调用对象stud1的公用成员函数 register ( ); /错误，没有指明是哪一个对象的register函
22、数 由于没有指明对象名，编译时把register()作为普通函数处理。,Logo,8.4 对象成员的引用,只能访问public成员，而不能访问private成员，如果已定义id为私有数据成员，下面的语句是错误的： stud1.id=10101; /num是私有数据成员，不能被外界引用 在类外只能调用公用的成员函数。在一个类中应当至少有一个公用的成员函数，作为对外的接口，否则就无法对对象进行任何操作。,Logo,8.4.2 通过指向对象的指针访问对象中的成员,如果有以下程序段： class Time public: /数据成员是公用的 int hour; int minute; ; Time t
23、,*p; /定义对象t和指针变量p p= /输出p指向的对象中的成员hour 在p指向t的前提下，p-hour，(*p).hour和t.hour三者等价。,Logo,8.4.3 通过对象的引用变量来访问对象中的成员,如果已声明了Time类，并有以下定义语句： Time t1; /定义对象t1 Time /输出对象t1中的成员hour t2与t1共占同一段存储单元(即t2是t1的别名)，因此t2.hour就是t1.hour。,Logo,8.5类和对象的简单应用举例,例8.1 最简单的例子。 #include using namespace std; class Time public: /数据成
24、员为公用的int hour;int minute;int sec; ; int main( ) Time t1; /定义t1为Time类对象 cint1.hour; /输入设定的时间 cint1.minute; cint1.sec; coutt1.hour:t1.minute:t1.secendl; return 0; ,例8.2 引用多个对象的成员。（1） 程序(a),#include using namespace std; class Time public: int hour; int minute; int sec; ; int main( ) Time t1; /定义对象t1 ci
25、nt1.hour; cint1.minute; cint1.sec; coutt2.hour; /向t2的数据成员输入数据 cint2.minute; cint2.sec; coutt2.hour:t2.minute:t2.secendl; return 0; ,例8.2 引用多个对象的成员。（1） 程序(a),#include using namespace std; class Time public: int hour; int minute; int sec; ; int main( ) void set_time(Time /调用show_time函数，输出t1对象中的数据,Time
26、 t2; /定义t2为Time类对象 set_time(t2); show_time(t2); return 0; void set_time(Time /输出对象中的数据 ,例8.3 将例8.2的程序改用含成员函数的类来处理。,#include using namespace std; class Time public: void set_time( ); /公用成员函数 void show_time( ); /公用成员函数 private: /数据成员为私有 int hour; int minute; int sec; ;,int main( ) Time t1; /定义对象t1 t1.
27、set_time( ); /调用对象t1的成员函数set_time，向t1的数据成员输入数据 t1.show_time( ); /调用对象t1的成员函数show_time，输出t1的数据成员的值 Time t2; /定义对象t2 t2.set_time( ); t2.show_time( ); return 0; void Timeset_time( ) /在类外定义set_time函数 cinhour;cinminute;cinsec; void Timeshow_time( ) /在类外定义show_time函数 couthour:minute:secendl; ,#include usi
28、ng namespace std; class Time void set_time(void);void show_time(void);int hour;int minute;int sec; ; Time t; int main( ) set_time(); show_time(); return 0; int set_time(void) cint.hour; cint.minute; cint.sec; int show_time(void) coutt.hour“:“t.minute“:“t.secendl;,P261第1题,P261第2题,P261第3题,Logo,8.6 类的封
29、装性和信息隐蔽,8.6.1 公用接口与私有实现的分离从前面的介绍已知： C+通过类来实现封装性，把数据和与这些数据有关的操作封装在一个类中，或者说，类的作用是把数据和算法封装在用户声明的抽象数据类型中。在声明了一个类以后，用户主要是通过调用公用的成员函数来实现类提供的功能(例如对数据成员设置值，显示数据成员的值，对数据进行加工等)。因此，公用成员函数是用户使用类的公用接口(public interface)，或者说是类的对外接口。,Logo,8.6 类的封装性和信息隐蔽,类中被操作的数据是私有的，实现的细节对用户是隐蔽的，这种实现称为私有实现(private implementation)。这
30、种“类的公用接口与私有实现的分离”形成了信息隐蔽。软件工程的一个最基本的原则就是将接口与实现分离，信息隐蔽是软件工程中一个非常重要的概念。它的好处在于： (1) 如果想修改或扩充类的功能，只需修改本类中有关的数据成员和与它有关的成员函数，程序中类外的部分可以不必修改。 (2) 如果在编译时发现类中的数据读写有错，不必检查整个程序，只需检查本类中访问这些数据的少数成员函数。,Logo,8.6.2 类声明和成员函数定义的分离,在面向对象的程序开发中，一般做法是将类的声明(其中包含成员函数的声明)放在指定的头文件中，用户如果想用该类，只要把有关的头文件包含进来即可，不必在程序中重复书写类的声明，以减
31、少工作量，节省篇幅，提高编程的效率。由于在头文件中包含了类的声明，因此在程序中就可以用该类来定义对象。由于在类体中包含了对成员函数的声明，在程序中就可以调用这些对象的公用成员函数。为了实现信息隐蔽，对类成员函数的定义一般不放在头文件中，而另外放在一个文件中。,Logo,8.6.2 类声明和成员函数定义的分离,例如，可以分别写两个文件： /student.h (这是头文件，在此文件中进行类的声明) class Student /类声明 public: void display( ); /公用成员函数原型声明 private: int num; char name20; char sex; ; /
32、student.cpp /在此文件中进行函数的定义 #include #include student.h /不要漏写此行，否则编译通不过 void Studentdisplay( ) coutnum:numendl; coutname:nameendl; coutsex:sexendl; ,Logo,8.6.2 类声明和成员函数定义的分离,为了组成一个完整的源程序，还应当有包括主函数的源文件： /main.cpp 主函数模块 #include #include student.h /将类声明头文件包含进来 int main( ) Student stud; /定义对象stud.display( ); /执行stud对象的display函数 return 0; 这是一个包括3个文件的程序，组成两个文件模块： 一个是主模块main.cpp，一个是student.cpp。在主模块中又包含头文件student.h。在预编译时会将头文件student.h中的内容取代#include student.h行。,Logo,8.6.2 类声明和成员函数定义的分离,请注意： 由于将头文件student.h放在用户当前目录中，因此在文件名两侧用双撇号包起来(student.h)而不用尖括号()，否则编译时会找不到此文件。,Thank you本章到此结束,
