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1、仿真系统程序的总体设计（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载）11.1 仿真系统程序的总体设计 265第十一章 用C+语言设计面向对象程序由于C+语言支持抽象数据类型、类的继承机制以及以虚函数为代表的多态性，使得C+语言成为面向对象程序设计（OOP）的有力工具，虽然我们已经在各章（特别是第七章以后）分别介绍了其各种功能和机制的编程技术，但仍然不足以清楚地展示一个完整的面向对象程序设计的总体过程。本章拟通过自顶向下地介绍电梯仿真系统的用C+语言描述的OOP 程序，向读者展示初步的面向对象的编程方法，并从中体现OOP 的风格和特征。面对一个实际问题，面向对象编程的
2、过程一般分为三个阶段，即面向对象分析（OOA），面向对象设计（OOD）和面向对象实现（OOI）。前两个阶段与语言无关。OOA 阶段的任务是从问题陈述中把涉及问题领域和系统行为的对象，类及类之间的联系抽取出来。例如在办公大楼电梯仿真系统中，搭乘电梯的人，在楼间运行的电梯和各个楼层，它们是实际问题中的对象和类。OOD 阶段则需进一步对系统进行总体结构设计，把数据设计与过程设计结合为一体，封装为模块，同时为实现问题需求可能还需要引入其它一些对象和类。OOI 阶段才是用C+语言进行编程实现的过程。关于OOA，OOD 的内容本书不可能详细讨论，在全部本科的学习过程中，学生将有机会在有关OOP 的后续课程
3、（如数据结构、数据库系统原理、面向对象编程技术、软件工程等）中得到系统的训练。本章介绍两个OOP 编程实例，目的是脱离开语法讲解的范围，让读者直接面对问题，学习如何编写面向对象的C+程序。这里要说明的是，在实际问题编程时，可能与我们介绍的情形有区别，即由于OOP 允许充分利用程序的可重用性，依靠一个越来越完备的标准模板库（STL），程序员在开发一个新的软件时，新编写的类及对象可能只占程序的一小部分，充分利用系统提供的类模板（容器、迭代器、算法类）或用户过去编写的类或模板，可以大大缩短代码开发时间，把主要精力用在OOA 和OOD 上面，这样的编程既可靠又快速，是面向对象编程的一大优点。第十一章
4、用266 C+语言设计面向对象程序11.1 一个Palindrome 的识别程序设计这是一个简单问题。“Palindrome”译为“回文”，指顺读和反读都一样的单词或字符串。识别回文就是判断输入的字符串（不包括空格）是否是一个迴文，即正向和逆向阅读都是同一个串，如 abcba，dstt sd, 就是“迴文”,而abcd，AOP 不是。问题的关键是采用一种数据结构可以方便地反读字符串，我们选用具有“后进先出”特点的栈（stack）结构，为此设计一个Stack 类。其次，为了从输入的字符串中去掉空格，设计一个用户定义的函数dblank（）。Stack 类的设计如下：/astack.h#includ
5、e #include const int MaxSize=50;class Stackprivate:char slistMaxSize;int top;public:Stack (void)top = 0;Stack (void);void Push (const char &item);char Pop (void);bool StackEmpty (void) return top = 0;bool StackFull (void) return top = MaxSize;void Stack:Push (const char &item)if (StackFull ()cout St
6、ack overflow! endl;elseslisttop = item;top+;11.1 仿真系统程序的总体设计 267char Stack:Pop (void)if (StackEmpty ()cout an empty stack! endl;return ;return slist-top;函数dblank()设计为：void dblank (const char * str, const char * dblankstr)char * pstr = str;char * pdblankstr = dblankstr;while(*pstr != 0)if (*pstr != )
7、* pdblankstr = * pstr;pdblankstr+;pstr+;*pdblankstr=0;回文识别程序可以写为：/program2_2.cpp#include #include astack.hvoid dblank(char *,char * );void main() /主函数部分Stack S；Char palstring80, dblankstring80, ch；int i = 0；bool ispalindrome = true；cin get(palstring,80); /输入一个字符串，以0结尾/*cin会把空格，制表键，回车都做为结束符，所以就不能用它输入
8、含空格的字符串，而cin.get 仅以回车做结束符。*/第十一章 用268 C+语言设计面向对象程序dblank(palstring, dblankstring)； /删去串中的空格while (dblankstringi != 0)S.Push(dblankstringi)；i+;i = 0;while(!S.StackEmpty()ch = S.Pop();if (ch != dblankstringi)ispalindrome =false;break;i+;if (ispalindrome)coutpalstring is a palindromeendl;elsecoutpalstr
9、ing is not a palindromeendl;void dblank(char * str,char * dblankstr)这个程序虽然不大，但却包含了用户定义的类Stack 和用户定义的函数dblank(),它既不属于SP 框架，也不属于OOP 框架，而是一种混合框架，为了使得C+程序成为严格的OOP 框架程序，可以有两种解决办法：1一个比较大的C+程序往往有许多全局变量和一些用户定义的类外函数（在下一个实例中可以看到），可以把它们组成一个由若干公有成员走出的类。2在这个小型实例中，唯一的类外函数blank(),其功能也可以在主函数中实现：#include #include as
10、tack.hvoid dblank(char *,char * );void main() /主函数部分11.1 仿真系统程序的总体设计 269Stack S；Char palstring80, dblankstring80, ch；int i = 0；Bool ispalindrome = true；cin palstring； /输入一个字符串，以0结尾while (palstring i != 0) /进栈，同时删去串中的空格if (palkstringi != ) S.Push(palkstringi)；i+;i = 0;while(!S.StackEmpty()ch = S.Pop(
11、);if (palstringi = ) i+;if (ch != dblankstringi)ispalindrome =false;break;i+;if (ispalindrome)coutpalstring is a palindromeendl;elsecoutpalstring is not a palindromeendl;112 楼宇电梯系统仿真程序的设计在实际工作中，往往需要由计算机来模拟一个系统的运行过程。例如工厂的生产中，由原材料、工人、设备、产品等多因素构成的生产过程仿真；一个电厂的电力的生产、供应、管理的全过程的仿真；一个城市的道路交通系统,对车流量、道路进行管理，其
12、中包括各种道路、行人、红绿灯系统、警察、各第十一章 用270 C+语言设计面向对象程序种车辆等等，它们在运行中全处在动态变化之中。这样的一个仿真系统的开发，有利于有关部门安排警力，改进红绿灯系统的设置，在最紧张的地段拓宽路面，改行单行线，建设新道路、立交桥、地铁等等。当然，设计这样的仿真程序不是一件很容易的事。C+语言所支持的面向对象程序设计技术正是为规模较大、比较复杂的问题编制高质量、可读性好、可维护性好、可重用性好的软件最强有力的方法。我们的问题是一个规模稍小一点的仿真问题，它是要编写一个程序，模拟办公大楼中全部电梯的工作过程。这个仿真程序可以用来监测系统运行情况，改善大楼管理，它也可以看
13、成是一种游戏程序。下面让我们对这个系统作一个初步描述：办公大楼有若干层（例如，十层），每层有电梯，同时有步行楼梯；全楼有若干部（例如，不多于10 部）电梯同时供使用，电梯容量为24人，速度每上下一层需5 秒，在某一层停下至少15 秒。其运行状态可分：向上、向下、停止，当前乘客数，当前所在层数。它设有一个“按钮数组”，例如第五层的按钮按下，意味着有乘客在第5 层到达目标层，等等。在楼的每一层，有电梯数，有按钮表示有人等待向上或向下，由若干人在等待，有若干电梯在本层停下，等等。在大楼中（包括进出）的总人数不超过500 人，每个人站在电梯前有个目标层，他有一个最大的忍受等待时间，因为他可以选择电梯或
14、是步行走楼梯，等等。还有下面若干假设：在每个时间段要进大楼的人数在0199 之间随机取值；用电梯的每个人的目标层在110 之间取值；一个人在进电梯或改走楼梯之前的等待时间在180360 秒范围内随机发生；一个人到达目标层后第二次再乘电梯中间的工作时间在4006600 秒间随机取值。以及其它假设。总之，在我们设计仿真程序之前应对整个系统有个比较量化的了解，同时应对整个系统的几方面因素有一定的划分。例如，可以把整个大楼视为系统的整体，在这个系统中运行的有不同类的对象：电梯集合，按自己规律不断运行的若干电梯，仿真系统应随时显示各个电梯的当前状态，同时在一定时刻应提供某些仿真统计结果。11.2 仿真程序simulation 的框架 271楼层集合，各个楼层的状态也是在不停地变化，停下的电梯，等电梯的人群、各按钮的状态，各层状态虽各不相同但有共同的属性。人员集合，所有大楼中的
