计算机与程序设计.ppt

面向对象程序设计,使用教材和参考书目,使用教材：面向对象程序设计实用教程， 清华大学出版社，张海藩，牟永敏，2007.7。 参考书目： 1、面向对象程序设计实用教程习题与上机指导，清华大学出版社，牟永敏，张海藩，2008.2。 2、C+程序设计教程，清华大学出版社，钱能，2005.9。 3、C+程序设计教程实验指导，清华大学出版社，谭浩强等著，2007.8。 教学内容说明：按照教学大纲的教学内容编排，增加了基础知识、上机例题和实用编程技能的教学内容，目标是掌握面向对象程序设计的基本算发与编程能力。（学习方法介绍）,第1章计算机与程序设计,首先要理解的问题：什么是面向对象程序设计？ 1、基于过程的程序设计 我们已经学习了C语言程序设计，每一位同学都会编写C语言程序了，我们知道C语言程序设计是一系列操作命令（操作过程、C语句）的有序集合，这种设计方法，叫做基于过程的程序设计。 主要特点是： (1) 按照执行操作的时间顺序、按照操作过程编写程序。 (2) 所定义的数据结构本身不具有行为（函数）特性。 (3) 过程化程序设计方法主要采用：自顶向下，逐步求精的方法展开。 (4) 过程化程序设计方法主要体现在功能划分与过程内部的编写规则，形成结构化程序设计方法。,例1：基于过程的程序设计。,首先，定义一个结构体struct Point。,再定义一个main函数，在其内部定义一个该结构体的变量叫pt，并对它进行赋值，最后，将pt这个数据成员输出。,#include struct Point int x; int y; ;,void main() Point pt; pt.x=8; pt.y=8; coutpt.xendlpt.yendl; ,把这段代码编译、运行一下，可以看到输出：x为8，y为8。 可见，C + +与C语言中使用的结构体是完全一样的。,2、面向对象程序设计 随着程序设计方法的创新，把C语言中的结构类型(struct)可以看成一种特殊的类型，即：对象类型。 如：点对象类型。 struct Point int x; int y; ; 又如：学生对象类型。 struct student char name20； /*姓名*/ char sex； /*性别*/ int age； /*年龄*/ float height； /*身高*/ float weight； /*体重*/ char addr50； /*住址*/ ； 这样，经验丰富的程序员就可以对这个“对象”数据进行读写、查找等操作了。,#include struct Point int x; int y; void output() coutxendlyendl; ;,在结构体中增加一个函数，叫：output, 由它来代替输出的功能。,void main() Point pt; pt.x=8; pt.y=8; /coutpt.xendlpt.yendl; pt.output(); ,主程序中就不需要cout函数输出了，利用pt的内部成员函数output进行输出。编译、运行，结果是一样的。,例2：面向对象程序设计。,我们知道：在C语言的结构体中是不允许有函数的。,然而，通过这个例子可以看出：在C+的结构体中是可以包含函数的。,因此，利用 C+结构体中的内部函数就可以将一些操作封装到结构体内部，在使用时，只需去调用这个成员函数就可以了。,这是C+的封装性。,#include /struct Point class Point public: int x; int y; void output() coutxendlyendl; ; void main() Point pt; pt.x=8; pt.y=8; pt.output(); ,我们把struct注释起来，,然后，换成一个class，并加上一个public。,再编译、运行，结果是一样的。,例3：面向对象程序设计。,可见，结构体（类型）转变成了类（类型）。,也就是说，我们的改动并不大，我们仅仅是将struct换成了class，然后，增加了一个public标识符，那么，所有的运行结果和我们刚才用struct定义是一样的。,换句话说，在C+中，结构体和类是可以通用的，结构体也是一种特殊的类，他特殊，是因为，他是用struct定义的一种类。,综上所述，面向对象的程序设计：是把一些行为、方法、属性都归结到一个“对象类型”身上，只有有了这个具体的对象后，才会有这个对象的方法（成员、成员函数）产生，那么，我们把这些方法，按照合理性，都归到不同的“对象类型”上面，这就是面向对象的程序设计。 实现方法：采用结构类型(struct)的演化数据类型“对象类型(class)”来建立数据结构，在这个“对象”数据类型中增加了“成员函数”，也就增加了“对象”的行为、方法、属性。,3、结构体与类的区别，类的访问权限,当然，struct和class类还是有区别的，主要区别在访问控制方面，如果我们把class 的public注释起来，再编译一下，就可以看到出现一个错误：不能访问私有成员。在类中所声明的成员变量和函数，默认是私有成员private。只有加上public，变成公有变量，才与结构体的结果一样。,可见，在结构体中，所有的成员，缺省情况下都是public的，都可以在外部被访问。而对于一个类来说，缺省情况下，他的数据成员和函数都是私有的private，不能够被外部进行访问的。 这是结构体和类的一个区别。除此之外，在C+中，结构体和类是可以通用的。,4、什么是类？什么是对象？,抽象性是将有关事物的共性归纳、集中在一起，表示了同一类事物的本质。 C+中的数据类型就是对一批具体的数的抽象。 例如：“整数类型”是对所有整数的抽象，具体的整数就是属于同一“类”的“对象”。 类是对象的抽象， 对象是类的特例。,上面的例子中引入了类point，我们就要从面向对象的思想去考虑问题了。point中定义的pt，就不叫变量了，叫做用point这个类声明的一个对象，或者叫做实例化了一个对象，那么，什么是类？什么是对象？ 类是抽象出一些事物的共有的属性。 对象是具有类的共有属性的具体属性值的一个事物。 有了类和对象的概念，我们就可以从面向过程的语言转化为面向对象的语言。,举例：设计一个“开车启动”的方法，可以把“开车启动”作为一种参数传进来，开这个车，这是面向过程的方法。 用面向对象的方法设计这个函数：把“开车启动”设置成汽车（类）本身的一个方法，而我们去调用汽车的“开”的方法就可以了。 这样，我们就把面向过程的方法变成了面向对象的方法。 这就是面向对象的设计思路。,5、面向对象的设计思路,把一些行为都归结到一个对象身上，只有有了这个具体的对象后，才会有这个对象的方法产生，那么，我们把这些方法，按照合理性，都归到不同的事物上面，这就是一个面向对象的程序设计。,1.1 计算机的基本结构,计算机的基本结构主要是由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五个部件组成。 存储器：是用来存储数据，大致分为内部存储器（内存）和外部存储器（硬盘、软盘等）； 运算器：是用来完成各种算术运算和逻辑运算； 控制器：用来控制计算机的各个部件协调工作； 输入设备和输出设备：是用来为数据的输入和输出服务的。,1.1.1 计算机硬件的基本组成,图1.1 计算机的基本结构,第一步：用输入设备把事先编制好的解题步骤（即程序）和原始数据输入到存储器指定编号的 地方（内存单元）存放起来。 第二步：命令计算机从第一条指令开始执行程序，则计算机在程序控制下自动完成解题的全过程。,1.1.2 计算机的工作过程（以汇编为例）,60年代，冯诺依曼提出了程序存储原理，计算机走向了现代化。 目前，程序设计语言的发展已经经历了四代，第五代语言尚处于萌芽状态。,1.2 程序设计语言,第一代语言 第一代程序设计语言是机器语言,它是计算机所特有的,不同计算机有不同的机器语言。 第二代语言 汇编语言,也称为符号语言。用含义较鲜明的符号,代替机器语言中的二进制编码,因此看起来较直观,不易出错。,第三代语言 称为算法语言，算法语言的基本组成成分是各语句（如结构化程序设计），比用机器语言或汇编语言编写程序更加方便、简单和直观。 第四代语言 实质上是可以快速开发应用软件的各种高生产率的软件工具的统称。如VC+、Delphi等。 第五代语言 多数人认为，第五代语言将是智能化的语言。 PROLOG语言可能是第五代语言最著名的雏形。,使用过程性语言编写的程序，其功能是隐含在程序代码中的。当应用系统的功能比较复杂时，程序元素的相互关系就十分复杂。这样的应用系统不易开发，而且很难维护。 为此，人们在开发软件的长期实践过程中，总结出一些设计原理并研究出一些系统化的技术方法，用于面向过程程序设计，能够提高开发效率，增加系统的可理解性和可维护性。,1.3 面向过程程序设计,模块是： 数据说明、可执行的语句等程序元素的集合,它是单独命名的而且可以通过名字来访问,所谓模块化,是把一个程序划分成若干个模块,每个模块完成一个子功能,把这些模块组装成一个整体,可以完成指定的功能 ，如：函数。 请注意：在把程序划分成模块的时候，模块规模应该适当。,1.3.1 模块化,人们在实践中认识到，在现实世界中一定事物、状态或过程之间总存在着某些相似的方面（共性）。把这些相似的方面集中和概括起来，暂时忽略它们之间的差异，这就是抽象。 如：各式各样的人抽象为人类。抽象是对事物共性的高度概括。当我们考虑对任何问题的模块化解法时，可以提出许多抽象的层次。,1.3.2 抽象,信息隐藏原理指出，在设计和确定模块时，应该使得一个模块内包含的信息（数据和过程）对于不需要这些信息的模块来说，是不可访问的（又称不可见的）。 局部化，是指：把一些关系密切的程序元素物理地放得彼此靠近，处于同一局部区城内。,1.3.3 信息隐藏和局部化,模块独立是指在设计程序结构时，应尽量使得每个模块完成一个相对独立的特定子功能，并且和其他模块之间的关系尽可能简单。 耦合是用于衡量不同模块彼此间互相依赖（连接）的紧密程度。 内聚是用于衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 高内聚和低耦合是进行模块化设计的重要标准，实践表明内聚更重要。,1.3.4 模块独立,结构程序设计是一种设计程序的技术, 适应于面向过程和面向对象的编程方法，是实现模块的具体技术。 采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构。,1.3.5 结构程序设计技术,三种基本的控制结构,结构使用结构程序设计技术设计程序的主要好处： 自顶向下逐步求精的方法符合人类解决复杂问题的普遍规律，因此可以显著提高开发效率； 用先全局后局部、先整体后细节、先抽象后具体的逐步求精过程开发出的程序有清晰的层次结构，因此容易阅读和理解； 仅使用单入口单出口的控制结构，使得程序的静态结构和它的动态执行情况比较一致； 控制结构有确定的逻辑