第5章数据的共享与保护

1、1第五章第五章 数据的共享与保护数据的共享与保护面向对象程序设计面向对象程序设计2本章主要内容本章主要内容l作用域与可见性作用域与可见性l对象的生存期对象的生存期l静态成员静态成员l友元友元l共享数据的保护共享数据的保护l编译预处理命令编译预处理命令l多文件结构和工程多文件结构和工程3函数原形的作用域函数原形的作用域l函数原型中的参数，其作用域始于函数原型中的参数，其作用域始于(，结束于，结束于)。l例如，设有下列原型声明：例如，设有下列原型声明：double Area(double radius);double Area(double radius);radius 的作用域仅在于此，的作用域

2、仅在于此，不能用于程序正文其它地方，不能用于程序正文其它地方，因而可有可无。因而可有可无。作用域与可见性作用域与可见性4块作用域块作用域l在块中声明的标识符，其作用域自声明处在块中声明的标识符，其作用域自声明处起，限于块中，例如：起，限于块中，例如：void fun(int a)void fun(int a) int b(a); int b(a); cinb; cinb; if (b0) if (b0) int c; int c; . . c的作用域的作用域b的作用域的作用域作用域与可见性作用域与可见性5类作用域类作用域l可以将类看成是一组有名成员的集合，除可以将类看成是一组有名成员的集合，除

3、个别例外情况外，类作用域作用于特定的个别例外情况外，类作用域作用于特定的成员名，类及其对象有特殊的访问和作用成员名，类及其对象有特殊的访问和作用域规则。类域规则。类X X的一个成员的一个成员M M 在下列情况下局在下列情况下局部于部于X X，或者说具有类作用域：，或者说具有类作用域： M M出现在出现在X X的成员函数内，该成员函数中的成员函数内，该成员函数中没有声明同名的局部作用域的标识符。没有声明同名的局部作用域的标识符。 在在x.Mx.M这样的表达式中，其中这样的表达式中，其中x x为为X X类的对类的对象。象。作用域与可见性作用域与可见性6命名空间作用域命名空间作用域lnamespac

4、e 命名空间名命名空间名 各种声明（函数声明、类声明各种声明（函数声明、类声明） l命名空间名命名空间名:标识符名标识符名 using 命名空间名命名空间名:标识符名标识符名; using namespace 命名空间名命名空间名;l具有命名空间作用域（文件作用域）的变量也称为具有命名空间作用域（文件作用域）的变量也称为全局变量。全局变量。作用域与可见性作用域与可见性7可见性可见性l可见性是从对标识符的引用的角度来谈可见性是从对标识符的引用的角度来谈的概念的概念l可见性表示从内层作用域向外层作用域可见性表示从内层作用域向外层作用域“看看”时能看见什么。时能看见什么。l如果标识在某处可见，则就可

5、以在该处如果标识在某处可见，则就可以在该处引用此标识符。引用此标识符。块作用域块作用域类作用域类作用域命名空间作用域命名空间作用域作用域与可见性作用域与可见性8可见性可见性l标识符应声明在先，引用在后。标识符应声明在先，引用在后。l在同一作用域中，不能声明同名的标识符。在同一作用域中，不能声明同名的标识符。l如果某个标识符在外层中声明，且在内层中如果某个标识符在外层中声明，且在内层中没有同一标识符的声明，则该标识符在内层没有同一标识符的声明，则该标识符在内层可见。可见。l对于两个嵌套的作用域，如果在内层作用域对于两个嵌套的作用域，如果在内层作用域内声明了与外层作用域中同名的标识符，则内声明了与

6、外层作用域中同名的标识符，则外层作用域的标识符在内层不可见。外层作用域的标识符在内层不可见。作用域与可见性作用域与可见性9#includeint i; /文件作用域文件作用域int main() i=5; int i; /块作用域块作用域 i=7; couti=iendl; /输出输出7 couti=i; /输出输出5 return 0;作用域与可见性作用域与可见性例例 5.110对象的生存期对象的生存期对象从产生到结束的这段时间就是对象从产生到结束的这段时间就是它的生存期。它的生存期。在对象生存期内，对象将在对象生存期内，对象将保持它的值，直到被更新为止。保持它的值，直到被更新为止。11静态

7、生存期静态生存期l这种生存期与程序的运行期相同。这种生存期与程序的运行期相同。l在命名空间作用域中声明的对象具有在命名空间作用域中声明的对象具有这种生存期。这种生存期。l在函数内部声明静态生存期对象，要在函数内部声明静态生存期对象，要冠以关键字冠以关键字staticstatic 。对象的生存期对象的生存期12#includeint i=5; /文件作用域文件作用域int main() static int k = 7; coutkendl; couti=iendl; return 0;k,ik,i具有静态生存期具有静态生存期对象的生存期对象的生存期例例13动态生存期动态生存期l块作用域中声明的

8、对象是动态生存期块作用域中声明的对象是动态生存期的对象（习惯称局部生存期对象）。的对象（习惯称局部生存期对象）。l开始于程序开始于程序执行执行到声明点时，结束于到声明点时，结束于命名该标识符的作用域结束处。命名该标识符的作用域结束处。对象的生存期对象的生存期14#includevoid fun();void main() fun(); fun();void fun() static int a=1; int i=5; a+; i+; couti=i,a=aendl;运行结果：运行结果：i=6, a=2i=6, a=3对象的生存期对象的生存期例例i是动态生存期是动态生存期a是静态生存期是静态生存

9、期15例例5-2 变量的生存期与可见性变量的生存期与可见性#includeint i=1; / i 为全局变量，具有静态生存期。为全局变量，具有静态生存期。void main(void) static int a; / 静态局部变量，有全局寿命，局部可见。静态局部变量，有全局寿命，局部可见。 int b=-10; / b, c为局部变量，具有动态生存期。为局部变量，具有动态生存期。 int c=0; void other(void); cout-MAIN-n; cout i: i a: a b: b c: cendl; c=c+8; other(); cout-MAIN-n; cout i:

10、i a: a b: b c: cendl; i=i+10; other(); 对象的生存期对象的生存期void other(void) static int a=2; static int b; / a,b为静态局部变量，具有全局寿命，局部可见。为静态局部变量，具有全局寿命，局部可见。 /只第一次进入函数时被初始化。只第一次进入函数时被初始化。 int c=10; / C为局部变量，具有动态生存期，为局部变量，具有动态生存期， /每次进入函数时都初始化。每次进入函数时都初始化。 a=a+2; i=i+32; c=c+5; cout-OTHER-n; cout i: i a: a b: b c:

11、 cendl; b=a;运行结果：运行结果：-MAIN- i: 1 a: 0 b: -10 c: 0-OTHER- i: 33 a: 4 b: 0 c: 15-MAIN- i: 33 a: 0 b: -10 c: 8-OTHER- i: 75 a: 6 b: 4 c: 1518例例5-3具有静态、动态生存期对象的时钟程序具有静态、动态生存期对象的时钟程序#includeclass Clock /时钟类声明时钟类声明public:/外部接口外部接口Clock();void SetTime(int NewH, int NewM, int NewS); /三个形参均具有函数原型作用域三个形参均具有函

12、数原型作用域void ShowTime();Clock()private:/私有数据成员私有数据成员int Hour,Minute,Second;对象的生存期对象的生存期/时钟类成员函数实现时钟类成员函数实现Clock:Clock()/构造函数构造函数 Hour=0;Minute=0;Second=0;void Clock:SetTime(int NewH, int NewM, int NewS) Hour=NewH;Minute=NewM;Second=NewS;void Clock:ShowTime() coutHour:Minute:Secondendl;Clock globClock;

13、Clock globClock;/声明对象声明对象globClockglobClock， /具有静态生存期，文件作用域具有静态生存期，文件作用域void main() void main() /主函数主函数 coutFirst time output:endl;coutFirst time output:endl;/引用具有文件作用域的对象引用具有文件作用域的对象globClockglobClockglobClock.ShowTime();globClock.ShowTime(); /对象的成员函数具有对象的成员函数具有 类作用域类作用域globClock.SetTime(8,30,30);g

14、lobClock.SetTime(8,30,30);Clock myClock(globClock); Clock myClock(globClock); /声明具有块作用声明具有块作用 域的对象域的对象myClockmyClockcoutSecond time output:endl;coutSecond time output:endl;myClock.ShowTime();myClock.ShowTime();/引用具有块作用域引用具有块作用域 的对象的对象myClockmyClock 程序的运行结果为：程序的运行结果为：First time output:0:0:0Second tim

15、e output:8:30:3022l思考：思考： C语言中各模块之间如何实现数语言中各模块之间如何实现数据共享？据共享？23数据与函数数据与函数l数据存储在局部对象中，通过参数传递数据存储在局部对象中，通过参数传递实现共享实现共享函数间的参数传递。函数间的参数传递。l数据存储在全局对象中。数据存储在全局对象中。l将数据和使用数据的函数封装在类中。将数据和使用数据的函数封装在类中。#includeint global;void f() global=5;void g() coutglobalendl;int main() f(); g(); /输出输出“5” return 0;#include

16、class Application public: void f(); void g(); private: int global;void Application:f() global=5;void Application:g() coutglobalendl;int main() Application MyApp; MyApp.f(); MyApp.g(); return 0;26静态成员静态成员l静态数据成员静态数据成员l静态成员函数静态成员函数静态成员静态成员27静态数据成员静态数据成员l类属性类属性: :描述类的所有对象的共同特性描述类的所有对象的共同特性的一个数据项的一个数据项,

17、 ,对任何对象实例对任何对象实例, ,其属其属性值都相同性值都相同. .l静态数据成员静态数据成员 用关键字用关键字staticstatic声明声明 该类的所有对象维护该成员的同一个拷该类的所有对象维护该成员的同一个拷贝贝 必须在类外定义和初始化，必须在类外定义和初始化，用用(:)(:)来指来指明所属的类。明所属的类。静态数据成员静态数据成员28例例5-4 具有静态数据成员的具有静态数据成员的 Point类类#include class Pointpublic:Point(int xx=0,int yy=0); Point(Point &p);int GetX() return X;int G

18、etY() return Y;void GetC() cout Object id=countPendl;private:int X,Y;static int countP;/统计有多少点统计有多少点;静态数据成员静态数据成员Point:Point(Point &p) X=p.X;Y=p.Y;countP+;Point:Point(int xx, int yy) X=xx; Y=yy; countP+; int Point:countP=0; void main() Point A(4,5);coutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC();Point B(A);c

19、outPoint B,B.GetX(),B.GetY();B.GetC();在类的声明中仅仅对静态数据成员进行在类的声明中仅仅对静态数据成员进行引用性说明引用性说明, ,必须在文件作用域的某个必须在文件作用域的某个地方使用类名限定进行定义性说明地方使用类名限定进行定义性说明, ,这时可以初始化这时可以初始化. .30静态函数成员静态函数成员l使用静态成员函数解决操作合法使用静态成员函数解决操作合法性控制问题。性控制问题。l例：例：countPcountP的初始值如何输出？的初始值如何输出？l静态成员函数静态成员函数 类外代码可以使用类名和作用域操作符类外代码可以使用类名和作用域操作符来调用静态

20、成员函数。来调用静态成员函数。 静态成员函数只能引用属于该类的静态静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数。数据成员或静态成员函数。静态函数成员静态函数成员#includeclass Application public: static void f(); static void g(); private: static int global;int Application:global=0;void Application:f() global=5;void Application:g() coutglobalendl;静态成员函数举例静态成员函数举例int main() A

21、pplication:f(); Application:g(); return 0;静态数据成员静态数据成员Application:global该类的所有对象维护该成员的同一个拷贝该类的所有对象维护该成员的同一个拷贝必须在类外定义和初始化，用必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。来指明所属的类。静态成员函数静态成员函数 f() g()类外代码可以使用类名和作用域操作符或者用对象名类外代码可以使用类名和作用域操作符或者用对象名 来调用静态成员函数。来调用静态成员函数。静态成员函数举例静态成员函数举例class A public: static void f(A a); private:

22、 int x;void A:f(A a) coutx; /对对x的引用是的引用是错误错误的的 couta.x; /正确正确静态成员属于类，非静态成员属于对象。静态成员属于类，非静态成员属于对象。静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或 静态成员函数。静态成员函数。由于静态成员不是对象成员，所以在静态成员函数由于静态成员不是对象成员，所以在静态成员函数 f() 的实现中不能直接引用类中声明的非静态成员。的实现中不能直接引用类中声明的非静态成员。在在 f() 的实现中，可以通过对象的实现中，可以通过对象 a 来访问来访问 x a.x.33例例5-5

23、具有静态数据、函数成具有静态数据、函数成员的员的 Point类类#include class Point /Point类声明类声明public:/外部接口外部接口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point &p); /拷贝构造函数拷贝构造函数int GetX() return X;int GetY() return Y;static void GetC() cout Object id=countPendl;private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y;static int countP;静态成员静态成员Point

24、:Point(Point &p) X=p.X;Y=p.Y;countP+;int Point:countP=0;void main() /主函数实现主函数实现 Point A(4,5);/声明对象声明对象AcoutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC(); /输出对象号，对象名引用输出对象号，对象名引用Point B(A);/声明对象声明对象BcoutPoint B,B.GetX(),B.GetY();Point:GetC();/输出对象号，类名引用输出对象号，类名引用35例例5-5 具有静态数据、函数成具有静态数据、函数成员的员的 Point类类#include

25、class Point /Point类声明类声明public:/外部接口外部接口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point &p); /拷贝构造函数拷贝构造函数int GetX() return X;int GetY() return Y;static void GetC(Point A) cout Object id=countP“ X=”A.Xendl;private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y;static int countP;静态成员静态成员Point:Point(Point &p) X=p.X;Y=p

26、.Y;countP+;int Point:countP=0;void main() /主函数实现主函数实现 Point A(4,5);/声明对象声明对象APoint B(A);/声明对象声明对象BPoint:GetC(B); /输出对象号，类名引用输出对象号，类名引用37例例5-5 具有静态数据、函数成具有静态数据、函数成员的员的 Point类类#include class Point /Point类声明类声明public:/外部接口外部接口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point &p); /拷贝构造函数拷贝构造函数int

27、 GetX() return X;int GetY() return Y;static void GetC(Point &A) cout Object id=countP“X=”A.Xendl;private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y;static int countP;静态成员静态成员#include class Studentpublic:Student(int StudentNo=0)NoOfStudents+;StudentNo=2006000+ NoOfStudents;cout“StudentNo” StudentNoendl;Student()NoOfStuden

28、ts-;static int number()return NoOfStudents;private: static int NoOfStudents; int StudentNo;int Student:NoOfStudents=0;void fn() Student s1,s2;coutStudent:number()endl;void main()fn();coutStudent:number()endl;39友元友元 #inlcude class C int x; public: C(int a)x=a; int GetX()return x; ; void main() C c(5)

29、; coutCube(c)endl; long Cube(C &c) return c.GetX()*c.GetX()*c.GetX(); 40友元友元 #include class C int x; public: C(int a)x=a; int GetX()return x; friend long Cube(C &); ; void main() C c(5); coutCube(c)endl; long Cube(C &c) return c.x*c.x*c.x; /使用使用. 来访问对象的私有成员来访问对象的私有成员x 41友元友元l友元是友元是C+C+提供的一种破坏数据封装和数提

30、供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。据隐藏的机制。l通过将一个模块声明为另一个模块的友通过将一个模块声明为另一个模块的友元，一个模块能够引用到另一个模块中元，一个模块能够引用到另一个模块中本是被隐藏的信息。本是被隐藏的信息。l可以使用可以使用友元函数友元函数和和友元类友元类。l为了确保数据的完整性，及数据封装与为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。友元。42友元函数友元函数l友元函数是在类声明中由关键字友元函数是在类声明中由关键字friendfriend修饰说明的修饰说明的非成员函数非成员函数，在它，在它的函数体中能够通过

31、对象名访问的函数体中能够通过对象名访问 private private 和和 protectedprotected成员成员l作用：增加灵活性，使程序员可以在作用：增加灵活性，使程序员可以在封装和快速性方面做合理选择。封装和快速性方面做合理选择。l访问对象中的成员必须通过对象名。访问对象中的成员必须通过对象名。 友友 元元43例例5-6 使用友元函数计算两点距离使用友元函数计算两点距离#include #include class Point /Point类声明类声明public:/外部接口外部接口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;int GetX() re

32、turn X;int GetY() return Y;friend double Distance(Point &a, Point &b); private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y; 友友 元元double Distance( Point& a, Point& b) double dx=a.X-b.X; double dy=a.Y-b.Y; return sqrt(dx*dx+dy*dy);int main() Point p1(3.0, 5.0), p2(4.0, 6.0); double d=Distance(p1, p2); coutThe distance is de

33、ndl; return 0;在友元函数在友元函数DistanceDistance的函的函数体中可以访问数体中可以访问PointPoint类类对象的对象的a a，b b的私有成员的私有成员45友元成员函数友元成员函数一个类的成员函数可以是另一个类的友元一个类的成员函数可以是另一个类的友元.即即:一个类的成员函数可以说明为另一个类的友元函数一个类的成员函数可以说明为另一个类的友元函数,以便通过以便通过该成员函数访问另一个类中的成员该成员函数访问另一个类中的成员 友友 元元class Student;class Teacherpublic: void ag(Student &s); private:

34、 int nStudents;class Studentpublic: friend void Teacher: ag(Student &s); private: int ahours; float gpa;void Teacher:ag(Student &s)s.gpa = 4.0;46友元类友元类l若一个类为另一个类的友元，则此类的若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。所有成员都能访问对方类的私有成员。l声明语法：将友元类名在另一个类中使声明语法：将友元类名在另一个类中使用用friendfriend修饰说明。修饰说明。 友 元47友元类举例友元类举例class

35、 A friend class B; public: void Display() coutxendl; private: int x;class B public: void Set(int i); void Display(); private: A a; 友 元B类声明为类声明为A类的友元类的友元,意味着意味着B类的所有函数类的所有函数包括构造函数和析构函数都成为包括构造函数和析构函数都成为A类的友元。类的友元。void B:Set(int i) a.x=i;void B:Display() a.Display();49注意注意l第一：友元关系是不能传递的第一：友元关系是不能传递的 B

36、B类是类是A A类的友元类的友元C C类是类是B B类的友元但是类的友元但是C C类类与与A A类没有友元关系类没有友元关系l第二：友元关系是单向的第二：友元关系是单向的 B B类是类是A A类的友元类的友元-B-B类的成员可以访问类的成员可以访问A A类的所有成员；但类的所有成员；但A A类不能。类不能。 友友 元元50常类型常类型 常类型的对象必须进行初始化，而且不能常类型的对象必须进行初始化，而且不能被更新。被更新。l常引用：被引用的对象不能被更新。常引用：被引用的对象不能被更新。const const 类型说明符类型说明符 & &引用名引用名l常对象：必须进行初始化常对象：必须进行初始

37、化, ,不能被更新。不能被更新。类名类名 const const 对象名对象名l常数组：数组元素不能被更新。常数组：数组元素不能被更新。类型说明符类型说明符 const const 数组名数组名 大小大小.l常指针：指向常量的指针。常指针：指向常量的指针。 共享数据的保护共享数据的保护51例例5-7常引用做形参常引用做形参#includevoid display(const double& r);int main() double d(9.5); display(d); return 0;void display(const double& r)/常引用做形参，在函数中不能更新常引用做形参，在

38、函数中不能更新 r所引用的对象。所引用的对象。 coutrendl; 共享数据的保护共享数据的保护52常对象举例常对象举例class A public: A(int i,int j) x=i; y=j; . private: int x,y;A const a(3,4); /a是常对象，不能被更新是常对象，不能被更新 共享数据的保护共享数据的保护用用const修饰的对象成员修饰的对象成员l常成员函数常成员函数 使用使用constconst关键字说明的函数。关键字说明的函数。 常成员函数不更新对象的数据成员。常成员函数不更新对象的数据成员。 常成员函数说明格式：常成员函数说明格式：类型说明符类型

39、说明符 函数名（参数表）函数名（参数表）const;const;这里，这里，constconst是函数类型的一个组成部分，因此是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带在实现部分也要带constconst关键字。关键字。 constconst关键字可以被用于参与对重载函数的区分关键字可以被用于参与对重载函数的区分l通过常对象只能调用它的常成员函数。通过常对象只能调用它的常成员函数。l常数据成员常数据成员 使用使用constconst说明的数据成员。说明的数据成员。 共享数据的保护共享数据的保护54例例5-8 常成员函数举例常成员函数举例#includeclass R public: R(int r1, int r2)R1=r1;R2=r2; void print(); void print() const; private: int R1,R2; 共享数据的保护共享数据的保护void R:print() coutR1:R2endl;void R:print() const coutR1;R2endl;void main() R a(5,4); a.print(); /调用调用v