《类和对象的概念》PPT课件.ppt

程序设计实习第二讲类和对象 一 编码求解下列问题 编写一个程序 计算任给一个几何形体的面积和周长 几何形体可以是矩形 三角型 圆形 扇型 梯形 要求 由用户通过键盘输入要处理的几何形体 每次输入一个几何形体 输入规则是 程序输出提示信息 请用户选择要处理的几何形体的类型 如果输入字母 E 表示要退出程序的运行根据用户选择的几何形体类型 输出提示信息 请用户输入几何形体的描述数据 例如圆形的中心点坐标和半径 要求在提示信息中说明输入数据的格式 在用户输入一个几何形体后 程序输出该几何形体的面积和周长 要求在输出中注明哪个数据是面积 哪个数据是周长 然后回到上一步 继续处理新的几何形体 直到用户选择退出程序运行为止 分析 如何解决这个问题 要定义5类数据结构 分别记录不同形状的基本数据 矩形 左上角顶点 长 宽 三角型 三个顶点 圆形 圆心 半径 扇型 圆心 半径 其始边的水平角度 弧度 梯形 四个顶点 申明5个存储空间变量每个数据类型描述一个存储空间变量的布局每个变量用来记录一种形状的基本数据编写一个main函数 外加15个普通函数 5个基本数据输入函数 分别输入一种形状的基本数据5个面积计算函数 分别计算一种形状的面积5个周长计算函数 分别计算一种形状的周长 如何规划程序的结构 程序的构成要件 5个数据结构 5个变量 15个普通函数 main函数除main函数外 其他25个构成要件可以分成5组 每组对应一种形状 问题中的一个概念 包括一个数据结构 这个概念所对应实例的数据表达 一个变量 这个概念的一个实例 3个函数 问题中与这个概念相关的算法流程要求 显然 不同组之间没有任何关联良好的设计和编码应该体现分组特征组之间的无耦合特征 以矩形对应的一组程序构成要件为例 编码示例1 structSRectangle intx y intw h SRectanglerectangle voidrectangleInit intrectangleArea intrectanglePerimeter 编码示例2 structSType1 intx y intw h SType1variable5 voidfun2 intfun8 intfun13 给上面的每组程序构成要件一个名称 类及对象 类 被求解问题中的一个概念的具体表达 即文字符号的描述 包括两部分成员属性 这个概念所对应实例的数据表达成员函数 方法 问题中仅与这个概念相关的那部分算法对象 某个概念在被求解问题中的一个实例 基于对应的类对这个实例的具体表达例如需要求解其面积的一个长方形类及对象 具体表达被求解问题中的某个概念 以及这个概念在被求解问题中的全部实例 编码示例1明显好于编码示例2 编码示例1在程序结构中的规划中体现了类及对象 当程序员考虑与矩形相关的事情时 只要关注这一个代码块一个子串rectangle 将所有只与矩形相关的程序构成要件都联系一起来了 一目了然遗憾的是 编程人员 特别是初学编程的人员 通常把注意力集中在问题分析阶段 对程序结构的规划不重视甚至完全忽视 经常出现编码示例2那样的代码用一个POINT结构来代替矩形左上角的X和Y坐标更直观 而且其他形状也面临同样的需要要发现这样一个修改所影响的函数 程序要要么记忆很好 要么只好把所有的15个函数都读一遍 面向对象的编程语言C 程序的构成要件 类 类的对象 main函数类 一个数据结构 以及依赖该数据结构的一组函数属性 数据结构中的一个分量函数 在该数据结构上执行算法运算 读 写数据结构中的某个分量类的对象 用类声明的变量类中的数据结构用来说明进行内存分配类的函数规定了哪些函数可直接访问所分配的内存C 对程序构成要件的这种约束指导编程人员在分析阶段自觉揭示程序构成要件之间的关系强制编程人员在编码阶段采用类似编码示例1的方式安排程序结构 通过类的构造函数和析构函数 提示编程人员要对所分配的内存空间进行初始化 在不在需要某个存储空间时要释放仅在该空间才记录其访问信息的那些资源 比如动态分配内存空间的地址指针 以矩形对应的一组程序构成要件为例 编码示例3 classCRectangle public intx y intw h voidInit intArea intPerimeter CRectanglerectangle voidCRectangle rectangleInit intCRectangle Area intCRectangle Perimeter 编码示例4 classCType1 public intx y intw h voidfun1 intfun2 intfunc3 CType1var1 voidCType1 fun1 intCType1 fun2 intCType1 fun3 抽象和封装 抽象 通过类 表达事物中与当前问题相关的那些内容 而且将所涉及的数据 类的成员属性 和算法流程 类的成员函数 显式的联系在一起封装 通过类和对象 将事物的相关数据的存储实现细节和算法流程的实现细节隐藏起来 对外只展示其他程序模块所关心的结果例如矩形左上角顶点的存储可以直接用X和Y坐标 也可以用一个POINT结构 具体的实现方式只影响在该类3个相关函数的编码实现 与这三个成员函数的接口都没有关系 计算三角行的面积 可以用底边和高算 也可以用两条边及其夹角算 计算方法的选择只关系到面积计算函数的编码实现 与该函数的接口无关 C语言使用结构化程序设计 程序 数据结构 算法程序由全局变量以及众多相互调用的函数组成 算法以函数的形式实现 用于对数据结构进行操作 结构化程序设计 main Sub1 Sub2 Sub3 Sub1 1 Sub3 1 Sub3 2 var1 var2 var3 变量 结构化程序设计的程序模式 从编程语言方面 不提供对程序结构规划的指导和提示信息对于经验丰富的高级程序员 会精心规划程序的结构 在程序中会采用类似编码示例1这样的模块划分对于普通编程人员 容易忽视对程序结构的规划 结构化程序设计 结构化程序设计没有 封装 和 隐藏 的概念 要访问某个数据结构中的某个变量 就可以直接访问 那么当该变量的定义有改动的时候 就要把所有访问该变量的语句找出来修改 十分不利于程序的维护 扩充 难以查错 当某个数据结构的值不正确时 难以找出到底是那个函数导致的 结构化程序设计 面向对象的程序设计方法 将某类客观事物共同特点 属性 归纳出来 形成一个数据结构 可以用多个变量描述事物的属性 将这类事物所能进行的行为也归纳出来 形成一个个函数 这些函数可以用来操作数据结构 这一步叫 抽象 然后 通过某种语法形式 将数据结构和操作该数据结构的函数 捆绑 在一起 形成一个 类 从而使得数据结构和操作该数据结构的算法呈现出显而易见的紧密关系 这就是 封装 面向对象的程序设计 main 面向对象的程序模式 class1 var1Sub1 Sub1 1 class2 var2Sub2 class3 var3Sub3 Sub3 1 Sub3 2 从编程语言的语法结构层面 要求对程序的结构进行规划当对问题分析后 同一分析结果 不同程序员的编码差距要小很多 类似编码示例3与编码示例4的差别 采用面向对象的程序设计语言 写一个程序 输入矩形的长和宽 输出面积和周长 比如对于 矩形 这种东西 要用一个类来表示 该如何做 抽象 呢 矩形的属性就是长和宽 因此需要两个变量 分别代表长和宽 一个矩形 可以有哪些行为呢 或可以对矩形进行哪些操作 矩形可以有设置长和宽 算面积 和算周长这三种行为 当然也可以有其他行为 这三种行为 可以各用一个函数来实现 他们都需要用到长和宽这两个变量 从客观事物抽象出类的例子 将长 宽变量和设置长 宽 求面积 以及求周长的三个函数 封装 在一起 就能形成一个 矩形类 长 宽变量成为该 矩形类 的 成员变量 三个函数成为该类的 成员函数 成员变量和成员函数统称为类的成员 实际上 类 看上去就像 带函数的结构 从客观事物抽象出类的例子 从客观事物抽象出类的例子 classCRectangle public intw h intArea returnw h intPerimeter return2 w h voidInit intw inth w w h h 必须有分号注 此处将类成员函数的实现直接写在类的定义中 在语法上是允许的 但建议大家养成在类定义外实现其成员函数的习惯 避免在考察类的成员时 被成员函数的实现代码干扰注意力 从客观事物抽象出类的例子 intmain intw h CRectangler r是一个对象cin w h r Init w h cout r Area endl r Perimeter return0 通过类 可以定义变量 类定义出来的变量 也称为类的实例 就是我们所说的 对象 C 中 类的名字就是用户自定义的类型的名字 可以象使用基本类型那样来使用它 CRectangle就是一种用户自定义的类型 对象的内存分配 和结构变量一样 对象所占用的内存空间的大小 等于所有成员变量的大小之和 每个对象各有自己的存储空间 一个对象的某个成员变量被改变了 不会影响到另一个对象 如何使用类的成员变量和成员函数 用法1 对象名 成员名CRectangler1 r2 r1 w 5 r2 Init 5 4 Init函数作用在r2上 即Init函数执行期间访问的w和h是属于r2这个对象的 执行r2 Init不会影响到r1 用法2 指针 成员名CRectangler1 r2 CRectangle p1 Init作用在p2指向的对象上 如何使用类的成员变量和成员函数 用法3 引用名 成员名CRectangler2 CRectangle 引用的概念 类型名 输出5 定义引用时一定要将其初始化成引用某个变量 不初始化编译不过 引用只能引用变量 不能引用常量和表达式 C语言中 要写交换两个整型变量值的函数 只能通过指针 voidswap int a int b inttmp tmp a a b b tmp intn1 n2 swap n1 n2的值被交换 引用的作用 有了引用后 voidswap int n1 n2的值被交换 引用的作用 函数的返回值可以是引用 如 includeusingnamespacestd intn 4 int 该程序输出结果是40 引用作为函数的返回值 类的成员函数的另一种写法 成员函数体和类的定义分开写 classCRectangle public intw h intArea 成员函数仅在此处声明intPerimeter voidInit intw inth intCRectangle Area returnw h intCRectangle Perimeter return2 w h voidCRectangle Init intw inth w w h h CRectangle 说明后面的函数是CRectangle类的成员函数 而非普通函数 那么 一定要通过对象或对象的指针或对象的引用才能调用 类的成员函数的另一种写法 对象成员的访问权限 在类的定义中 用下列权限关键字来说明对象成员的访问权限 private 私有成员 只能在成员函数内访问public 公有成员 可以在任何地方访问protected 保护成员 以后再说以上三种关键字出现的次数和先后次序都没有限制 定义一个类classclassName private 私有属性和函数public 公有属性和函数protected 保护属性和函数 说明类成员的可见性 如过某个成员前面没有上述关键字 则缺省地被认为是私有成员 classMan intnAge 私有成员charszName 20 私有成员public voidSetName char szName strcpy Man szName szName 对象成员的访问权限 在类的成员函数内部 能够访问 当前对象的全部属性 函数 同类其它对象的全部属性 函数 在类的成员函数以外的地方 只能够访问该类对象的公有成员 对象成员的访问权限 classCMan private charszName 30 名字public floatheight weight 保存一个人的身高和体重信息voidsetName char name voidFunc1 CManman CMan 析构函数 voidCMan setName char name CManman strcpy man szName Lily ok 此种访问方式可行strcpy szName name ok voidCMan Func1 CManman cout man szName ok CMan CMan intmain CManman1 man2 strcpy man1 szName Tom1234567889 错 不能访 问私有成员man1 setName Tom12345678909887 okman1 height 5 okreturn0 设置私有成员的目的是强制对成员变量的访问一定要通过成员函数进行 那么以后成员变量的类型等属性修改后 只需要更改成员函数即可 否则 所有直接访问成员变量的语句都需要修改 设置私有成员的机制 叫 隐藏 如果将上面的程序移植到内存空间紧张的手持设备上 希望将szName改为charszName 5 若szName不是私有 那么就要找出所有类似strcpy man1 szName Tom1234567889 这样的语句进行修改 以防止数组越界 这样做很麻烦 如果将szName变为私有 那么程序中就不可能出现 除非在类的内部 strcpy man1 szName Tom1234567889 这样的语句 所有对szName的访问都是通过成员函数来进行 比如 man1 setName Tom12345678909887 那么 就算szName改短了 上面的语句也不需要找出来修改 只要改setName成员函数 在里面确保不越界就可以了 函数重载一个或多个函数 名字相同 然而参数个数或参数类型互不相同 这叫做函数的重载 如 intMax doublef1 doublef2 intMax intn1 intn2 intMax intn1 intn2 intn3 函数重载使得函数命名变得简单 函数的缺省参数 C 中 写函数的时候可以让参数有缺省值 那么调用函数的时候 若不写参数 参数就是缺省值 voidfunc intx1 2 intx2 3 func 等效于func 2 3 func 8 等效于func 8 3 func 8 不