《C++课程设计》指导.doc

C+程序设计课程设计指导1. 任务描述和需求分析 用C+设计一个业务处理系统，其业务就是进行简单的几何计算：l 输入圆的半径，计算并输出圆的周长和面积；l 输入圆柱的半径和高，计算并输出圆柱的表面积和体积；l 输入圆球的半径，计算并输出圆球的表面积和体积；l 输入长方形的长和宽，计算并输出长方形的周长和面积；l 输入长方体的长、宽和高，计算并输出长方体的表面积和体积。 系统启动时显示版本等信息。设计要求： 必须应用类的继承和派生，尽力实现代码重用、减少重复； 必须设计一个抽象基类，在其中声明4个公共接口函数：计算周长、面积和体积的函数为虚或纯虚函数，显示输出结果的函数为纯虚函数； 必须设计圆、圆柱、圆球、长方形、长方体等类，实现各类的构造、计算、输出等函数； 能反复计算，除非用户选择退出。 分組完成设计（或者不分組，每个人独立完成设计）。一个星期的时间很紧，希望大家赶紧行动起来。希望大家首先一定要理解和明白我们这次实训的目的和意图：学习和掌握C+面向对象的程序设计思想和方法。 因此，凡是没有采用C+面向对象的程序设计思想和方法来实现的都是不合格的。为什么我们会选择如此简单的计算问题？主要是希望大家把精力集中在实现方法上，而不是将注意力放在对问题本身的理解上。2. 系统分析与设计通过分析，可以设计出完整的系统的总体框架和流程图。譬如，某银行综合业务系统的总体框架和流程图，如下图1。fnShowInfo( )是业务处理用户管理开始显示版本信息系统用户 ?用户登录显示欢迎信息终止图1否fnLogin( )fnWelcome( )fnUsrAdm( )fnDoWork( )为了方便设计和调试，可以先单独实现各功能模块。我们的系统没有“用户管理”等功能要求，因此，系统的总体框架可简化为图2。图2业务处理终止开始显示版本信息fnShowInfo( )fnDoWork( )2.1 分析与设计功能模块的总体框架和流程图单独实现“业务处理”的系统的总体框架和流程图如图3。图3 函数fnDoWork( )的工作流程其中，创建各对象的函数返回指向对象的指针，并存入基类指针变量pShape中，该变量作为函数virtualViaPointer的实参，由virtualViaPointer函数实现统一的计算并输出。当然，该图只是程序的一个框架结构，具体的程序还有很多细节需要补充，如释放动态创建的对象，输出计算结果后实现停顿以让用户看清结果等。请同学们自己画出函数fnCircle( )，fnCylinder( )，fnSphere ( )，fnRectangle( )，fnCuboid( )的流程图。2.2 分析与设计数据结构通过对任务的分析，发现有5个对象：圆、圆柱、圆球、长方形和长方体。它们都可用相应的类来实现。圆和长方形的输出都是周长和面积，圆柱、圆球、长方体的输出都是表面积和体积，即要计算输出的项是周长、面积和体积，对应于3个函数：circum()，area()，volume()。再加输出对象名称和对象属性的函数print(),可以构成一个包含公共接口的抽象类。总共6个类。由于所有计算与对象的位置无关，因此，圆和圆球的属性只有半径，圆柱的属性只有半径和高，长方形的属性只有长和宽，长方体的属性只有长、宽和高。若公共接口的抽象类为Shape,则圆类Circle继承Shape,圆柱类Cylinder继承Circle，圆锥类Cone继承Cylinder；长方形类Rectangle继承Shape, 长方体类Cuboid继承Rectangle。它们的层次结构图如下。ConeShapeCircleRectangleCuboidCylinderSphere类族的设计步骤： 设计基类Shape 通过继承Shape，设计圆类Circle和长方形类Rectangle 通过继承Circle，设计圆柱类Cylinder和圆球类Sphere 通过继承Rectangle，设计长方体类Cuboid 通过继承Cylinder，设计圆锥类ConeC+程序设计的思想精髓就是这样顺其自然地重用已有的代码，在现有的基础上再加扩展，从而使程序设计和维护的代价大大减小，极大地提高了软件的生产率。每个类的属性和方法（成员函数）如下：Shape+circum( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+area( ) const : virtual double+print( ) const = 0 : virtual void抽象基类基类Shape泛指所有图形类，根本不知它是圆的还是方的，也不知它的大小，所以没有或没法确定它的数据成员。设计该类的目的是为整个类族提供一组公共的接口函数，并可利用虚函数这一多态机制实现统一的操作界面。Circle-radius : double+Circle( in double = 0.0 ) +setRadius( in double ) : void+getRadius( ) const : double+circum( ) const : double+area( ) const : virtual double+print() const : virtual void圆类圆类Circle对象的大小是由半径确定的，半径是圆类固有的属性，圆类的成员函数的计算处理都与它有关，所以必须将它作为数据成员，与成员函数封装在一起，构成圆类。没有真正理解c+程序设计思想精髓的人会把它切割下来，放到基类Shape中作为数据成员。这种认识错误体现在程序设计中就会影响类的扩展性和维护性。即使程序最终也能实现需要的功能，但在程序设计思想上那也是犯了根本性的错误，说明对类的继承与派生这一核心问题还没有真正理解。圆柱类Cylinder-radius : double-height : double+Cylinder( in double = 0.0, in double = 0.0 ) +setRadius( in double ) : void+getRadius( ) const : double+setHeight( in double ) : void+getHeight( ) const : double+circum( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void圆柱类通过继承圆类可简化为：Cylinder-height : double+Cylinder( in double = 0.0, in double = 0.0 ) +setHeight( in double ) : void+getHeight( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void（没有要求设计圆锥类，故可省略）圆锥类Cone-radius : double-height : double+Cone( in double = 0.0, in double = 0.0 )+setRadius( in double ) : void+getRadius( ) const : double+setHeight( in double ) : void+getHeight( ) const : double+circum( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void圆锥类通过继承圆柱类可简化为：Cone+Cone( in double = 0.0, in double = 0.0 )+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void圆球类Sphere-radius : double+Sphere( in double = 0.0 ) +setRadius( in double ) : void+getRadius( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print() const : virtual void圆球类通过继承圆类可简化为：Sphere+Sphere( in double = 0.0 ) +area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print() const : virtual void长方形类Rectangle-length : double-width : double+Rectangle( in double = 0.0, in double = 0.0 ) +setLength( in double ) : void+getLength( ) const : double+setWidth( in double ) : void+getWidth( ) const : double+circum( ) const : double+area( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void注意：类名中的字母l别打成数字1。全部打成数字1不会出错，但若有的地方是字母l，有的地方是数字1，则编译、连接时肯定会出错。长方体类Cuboid-length : double-width : double-height : double+Cuboid( in double = 0.0, in double = 0.0, in double = 0.0 ) +setLength( in double ) : void+getLength( ) const : double+setWidth( in double ) : void+getWidth( ) const : double+setHeight( in double ) : void+getHeight( ) const : double+circum( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void长方体类通过继承长方形类可简化为：Cuboid-height : double+Cuboid( in double = 0.0, in double = 0.0, in double = 0.0 ) +setHeight( in double ) : void+getHeight( ) const : double+area( ) const : virtual double+volume( ) const : virtual double+print( ) const : virtual void符号含义符号含义-private+publicin参数为输入out参数为输出inout参数为输入/输出Shape斜体类名表示抽象基类，至少有一个纯虚函数：“=0”3. 编程与测试可以从基类开始单独编程和测试，但抽象基类不能单独编译和测试。或者先将系统分解成相对独立的功能模块，再将每个功能模块编写为一个函数。每个函数可以单独编译。若编译通过则说明已无语法错误。所有类和函数都测试通过后，就可以编写和联调整个程序了。基类应该是包含子孙类共有的属性和行为，子类应在基类的基础上扩充发展，孙类应在子类的基础上扩充发展，以此类推。体现软件从最简单最基本的开始、逐步积累发展的过程。从而使软件设计的工作量最小。如果基类把子孙类该做的事都包办了，那子孙类就没存在的必要了。基类的属性变量如果希望公有继承的子类能直接访问的话，可以声明为protected而不是private,譬如把圆类的半径声明为protected：protected： double radius;这样在公有继承了圆类的子类（圆球和圆柱）中就可直接访问圆类的半径