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1、计算机程序设计基础第七章 类与对象的基本概念清华大学 郑 莉教材：C+语言程序设计（第4版）第4章 4.1.4.3，4.5，4.6，4.8，4.9第5章 5.35.5目录7.1 面向对象程序设计的基本特点7.2 类和对象7.3 构造函数和析构函数7.4 UML图形标识7.5 结构体7.6 类的静态成员7.7 类的友元7.8 共享数据的保护7.9 深度探索7.10 小结2面向对象的方法目的：实现软件设计的产业化。观点：自然界是由实体（对象）所组成。程序设计方法：使用面向对象的观点来描述模仿并处理现实问题。要求：高度概括、分类、和抽象。37.1 面向对象程序设计的基本特点7.1.1 抽象抽象是对具
2、体对象（问题）进行概括，抽出这一类对象的公共性质并加以描述的过程。先注意问题的本质及描述，其次是实现过程或细节。数据抽象：描述某类对象的属性或状态（对象相互区别的物理量）。代码抽象：描述某类对象的共有的行为特征或具有的功能。抽象的实现：通过类的声明。47.1 面向对象程序设计的基本特点抽象实例钟表数据抽象：int hour,int minute,int second代码抽象：setTime(),showTime()57.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象抽象实例钟表（续）classClockpublic:voidsetTime(intnewH,intnewM,intnewS);v
3、oidshowTime();private:inthour,minute,second;67.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象抽象实例人数据抽象：string name, string gender, int age, int id代码抽象：生物属性角度：getCloth(), eat(), step(),社会属性角度：work(), promote() ,77.1 面向对象程序设计的基本特点 7.1.1 抽象7.1.2 封装将抽象出的数据成员、代码成员相结合，将它们视为一个整体。目的是增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只需要通过外部接口，以特定的访问权限，
4、来使用类的成员。实现封装：类声明中的87.1 面向对象程序设计的基本特点7.1.2 封装（续）实例：class Clock public:void setTime(int newH, int newM, int newS); void showTime(); private: int hour, minute, second;97.1 面向对象程序设计的基本特点边界特定的访问权限外部接口7.1.3 继承是C+中支持层次分类的一种机制，允许程序员在保持原有类特性的基础上，进行更具体的说明。实现：声明派生类见第11讲107.1 面向对象程序设计的基本特点7.1.4 多态多态：同一名称，不同的功能实
5、现方式。目的：达到行为标识统一，减少程序中标识符的个数。实现：重载函数和虚函数见第11讲117.1 面向对象程序设计的基本特点7.2 类和对象类是具有相同属性和行为的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和行为两个主要部分。利用类可以实现数据的封装、隐藏、继承与派生。利用类易于编写大型复杂程序，其模块化程度比C中采用函数更高。127.2.1 类的定义类是一种用户自定义类型，声明形式：class 类名称 public: 公有成员（外部接口） private: 私有成员 protected: 保护型成员137.2 类和对象7.2.2 类成员的访问控制 公有类型成
6、员在关键字public后面声明，它们是类与外部的接口，任何外部函数都可以访问公有类型数据和函数。147.2 类和对象私有类型成员在关键字private后面声明，只允许本类中的函数访问，而类外部的任何函数都不能访问。如果紧跟在类名称的后面声明私有成员，则关键字private可以省略。157.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制保护类型成员与private类似，其差别表现在继承与派生时对派生类的影响不同，第七章讲。167.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制7.2.3 对象类的对象是该类的某一特定实体，即类类型的变量。声明形式： 类名 对象名；例：Clock myClock; 类中成员
7、互访直接使用成员名 类外访问使用“对象名.成员名”方式访问 public 属性的成员177.2 类和对象7.2.4 类的成员函数在类中说明原型，可以在类外给出函数体实现，并在函数名前使用类名加以限定。也可以直接在类中给出函数体，形成内联成员函数。允许声明重载函数和带默认形参值的函数187.2 类和对象内联成员函数为了提高运行时的效率，对于较简单的函数可以声明为内联形式。内联函数体中不要有复杂结构（如循环语句和switch语句）。在类中声明内联成员函数的方式：将函数体放在类的声明中。使用inline关键字。197.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数内联成员函数举例（一）classPointp
8、ublic:voidinit(intinitX,intinitY)x=initX;y=initY;intgetX()returnx;intgetY()returny;private:intx,y;207.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数内联成员函数举例（二）classPointpublic:voidinit(intinitX,intinitY);intgetX()；intgetY()；private:intx,y;217.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数内联成员函数举例（三）inlinevoidPoint:init(intinitX,intinitY)x=initX;y=initY
9、;inlineintPoint:getX()returnx;inlineintPoint:GetY()returny;227.2 类和对象 7.2.4 类的成员函数7.2.5 程序实例例7-1（教材例4-1 ）#includeusingnamespacestd;classClockpublic:voidsetTime(intnewH=0,intnewM=0,intnewS=0);voidshowTime();private:inthour,minute,second;intmain()ClockmyClock;myClock.setTime(8,30,30);myClock.showTime(
10、);return0;237.2 类和对象运行结果：First time set and output:0:0:0Second time set and output:8:30:30例7-1 （续）类的实现voidClock:setTime(intnewH,intnewM,intnewS)hour=newH;minute=newM;second=newS;voidClock:showTime()couthour:minute:second;247.2 类和对象 7.2.2 类成员的访问控制7.3.1 构造函数构造函数的作用是在对象被创建时使用特定的值构造对象，或者说将对象初始化为一个特定的状态。
11、在对象创建时由系统自动调用。如果程序中未声明，则系统自动产生出一个隐含的参数列表为空的构造函数允许为内联函数、重载函数、带默认形参值的函数257.3 构造函数和析构函数构造函数举例classClockpublic:Clock(intnewH,intnewM,intnewS);/构造函数voidsetTime(intnewH,intnewM,intnewS);voidshowTime();private:inthour,minute,second;267.3 构造函数和析构函数 7.3.1 构造函数 构造函数举例（续）构造函数的实现：Clock:Clock(intnewH,intnewM,int
12、newS)hour=newH;minute=newM;second=newS;建立对象时构造函数的作用：intmain()Clockc(0,0,0);/隐含调用构造函数，将初始值作为实参。c.showTime();return0;277.3 构造函数和析构函数 7.3.1 构造函数 7.3.2 拷贝构造函数拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。class 类名 public : 类名（形参）；/构造函数 类名（类名 &对象名）；/拷贝构造函数 .；类名:类（类名 &对象名）/拷贝构造函数的实现 函数体 287.3 构造函数和析构函数例7-2（教材例4-2 ） Point类的
13、完整程序classPoint/Point 类的定义public:Point(intxx=0,intyy=0)x=xx;y=yy; /构造函数Point(Point&p);/拷贝构造函数intgetX()returnx;intgetY()returny;private:intx,y;/私有数据;/成员函数的实现Point:Point(Point&p)x=p.x;y=p.y;coutCallingthecopyconstructorendl;297.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数 /形参为Point类对象的函数voidfun1(Pointp)coutp.getX()endl;/返
14、回值为Point类对象的函数Pointfun2()Pointa(1,2);returna;/主程序intmain()Pointa(4,5);/第一个对象APointb=a;/情况一，用A初始化B。第一次调用拷贝构造函数coutb.getX()endl;fun1(b);/情况二，对象B作为fun1的实参。第二次调用拷贝构造函数b=fun2(); /情况三，函数的返回值是类对象，函数返回时调用拷贝构造函数coutb.getX()endl;return0;307.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数 例4-2 （续）隐含的拷贝构造函数如果程序员没有为类声明拷贝初始化构造函数，则编译器自己
15、生成一个隐含的拷贝构造函数。这个构造函数执行的功能是：用作为初始值的对象的每个数据成员的值，初始化将要建立的对象的对应数据成员。317.3 构造函数和析构函数 7.3.2 拷贝构造函数 7.3.3 析构函数完成对象被删除前的一些清理工作。在对象的生存期结束的时刻系统自动调用它，然后再释放此对象所属的空间。如果程序中未声明析构函数，编译器将自动产生一个隐含的析构函数。327.3 构造函数和析构函数构造函数和析构函数举例#includeusingnamespacestd;classPointpublic:Point(intxx,intyy);Point();/.其他函数原型private:intx
16、,y;337.3 构造函数和析构函数 7.3.3 析构函数Point:Point(intxx,intyy)x=xx;y=yy;Point:Point()/.其他函数的实现略7.3.4 程序实例例7-3（教材例4-3 ）一圆形游泳池如图所示，现在需在其周围建一圆形过道，并在其四周围上栅栏。栅栏价格为35元/米，过道造价为20元/平方米。过道宽度为3米，游泳池半径由键盘输入。要求编程计算并输出过道和栅栏的造价。34游泳池过道7.3 构造函数和析构函数#includeusingnamespacestd;constfloatPI=3.141593;/给出p的值constfloatFENCE_PRICE
17、=35;/栅栏的单价constfloatCONCRETE_PRICE=20;/过道水泥单价classCircle/声明定义类Circle及其数据和方法public:/外部接口Circle(floatr);/构造函数floatcircumference();/计算圆的周长floatarea();/计算圆的面积private:/私有数据成员floatradius;/圆半径;/类的实现/构造函数初始化数据成员radiusCircle:Circle(floatr)radius=r;357.3 构造函数和析构函数 7.3.4 程序实例例7-3（续）floatCircle:circumference()/
18、计算圆的周长return2*PI*radius;floatCircle:area()/计算圆的面积returnPI*radius*radius;intmain()floatradius;coutradius;Circlepool(radius);/游泳池边界CirclepoolRim(radius+3); /栅栏/计算栅栏造价并输出floatfenceCost=poolRim.circumference()*FENCE_PRICE;coutFencingCostis$fenceCostendl;367.3 构造函数和析构函数 7.3.4 程序实例例7-3（续）/计算过道造价并输出floatco
19、ncreteCost=(poolRim.area()-pool.area()*CONCRETE_PRICE;coutConcreteCostis$concreteCostendl;return0;运行结果：Entertheradiusofthepool:10FencingCostis$2858.85ConcreteCostis$4335.4377.3 构造函数和析构函数 7.3.4 程序实例例7-3（续）7.5结构体结构体是一种特殊形态的类与类的唯一区别：类的缺省访问权限是private，结构体的缺省访问权限是public结构体存在的主要原因：与C语言保持兼容什么时候用结构体而不用类定义主要用
20、来保存数据、而没有什么操作的类型人们习惯将结构体的数据成员设为公有，因此这时用结构体更方便48结构体的定义和初始化结构体定义struct 结构体名称 公有成员protected: 保护型成员private: 私有成员;一些结构体变量的初始化可以用以下形式类型名 变量名 = 成员数据1初值, 成员数据2初值, ;497.5 结构体7.6.1 静态数据成员静态数据成员用关键字static声明该类的所有对象维护该成员的同一个拷贝，静态数据成员具有静态生存期。必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。507.6 类的静态成员#includeusingnamespacestd;classPoint
21、/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point&p)/拷贝构造函数x=p.x;y=p.y;count+;Point()count-;intgetX()returnx;intgetY()returny;52例7-7 （续）7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员 voidshowCount()/输出静态数据成员coutObjectcount=countendl;private:/私有数据成员intx,y;staticintco
22、unt;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;intPoint:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定intmain()/主函数Pointa(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1coutPointA:a.getX(),a.getY();a.showCount();/输出对象个数Pointb(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1coutPointB:b.getX(),b.getY();b.showCount();/输出对象个数return0;53例7-7 续7.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员例7-7 （续）运行结果：PointA:4,5O
23、bjectcount=1PointB:4,5Objectcount=2547.6 类的静态成员 7.6.1 静态数据成员7.6.2 静态函数成员静态函数成员类外代码可以使用类名和作用域操作符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数据成员或静态成员函数。557.6 类的静态成员#includeusingnamespacestd;classPoint/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point&p)/拷贝构造函数x=
24、p.x;y=p.y;count+;Point()count-;intgetX()returnx;intgetY()returny;staticvoidshowCount()/静态函数成员coutObjectcount=countendl;577.6 类的静态成员 7.6.2 静态函数成员例7-8（续）private:/私有数据成员intx,y;staticintcount;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;intPoint:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定intmain()/主函数Pointa(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1coutPointA
25、:a.getX(),a.getY();Point:showCount();/输出对象个数Pointb(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1coutPointB:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return0;587.6 类的静态成员 7.6.2 静态函数成员例7-8 （续）7.7 类的友元友元是C+提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。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本是被隐藏的信息。可以使用友元函数和友元类。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友元。597.
26、7.1 友元函数友元函数是在类声明中由关键字friend修饰说明的非成员函数，在它的函数体中能够通过对象名访问private和protected成员作用：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。访问对象中的成员必须通过对象名。607.7 类的友元例7-8（教材例5-6） 使用友元函数计算两点间的距离#include#includeclassPoint /Point类声明public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)intgetX()returnx;intgetY()returny;friendfloatdist(Point&a,Point&b
27、);private: /私有数据成员intx,y;617.7 类的友元 7.7.1 友元函数例7-8 （续）floatdist(Point&a,Point&b)doublex=a.x-b.x;doubley=a.y-b.y;returnstatic_cast(sqrt(x*x+y*y);intmain()Pointp1(1,1),p2(4,5);coutThedistanceis:;coutdist(p1,p2)endl;return0;627.7 类的友元 7.7.1 友元函数运行结果：Thedistanceis:57.7.2 友元类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
28、私有成员。声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。637.7 类的友元友元类举例classAfriendclassB;public:voiddisplay()coutxendl;private:intx;classBpublic:voidset(inti);voiddisplay();private:Aa;647.7 类的友元 7.7.2 友元类voidB:set(inti)a.x=i;voidB:display()a.display();友元关系是单向的如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。6
29、57.7 类的友元 7.7.2 友元类7.8.1 常对象常类型的对象必须进行初始化，而且不能被更新。常对象：必须进行初始化,不能被更新。const类名对象名常引用：被引用的对象不能被更新。const类型说明符&引用名常数组：数组元素不能被更新(下一章介绍)。类型说明符 const 数组名大小.常指针：指向常量的指针(下一章介绍)。667.8 共享数据的保护常对象举例classApublic:A(inti,intj)x=i;y=j;.private:intx,y;Aconsta(3,4);/a是常对象，不能被更新677.8 共享数据的保护 7.8.1 常对象7.8.2用const修饰的对象成员常
30、成员函数使用const关键字说明的函数。常成员函数不更新对象的数据成员。常成员函数说明格式：类型说明符函数名（参数表）const;这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。const关键字可以被用于参与对重载函数的区分通过常对象只能调用它的常成员函数。常数据成员使用const说明的数据成员。687.8 共享数据的保护例7-9（教材例5-7）常成员函数举例#includeusingnamespacestd;classRpublic:R(intr1,intr2):r1(r1),r2(r2)voidprint();voidprint()const;private
31、:intr1,r2;697.8 共享数据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员例7-9（续）voidR:print()coutr1:r2endl;voidR:print()constcoutr1;r2endl;intmain()Ra(5,4);a.print();/调用voidprint()constRb(20,52);b.print();/调用voidprint()constreturn0;707.8共享数据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员运行结果：5:420;52例7-10（教材例5-8）常数据成员举例#includeusingnamespacestd;classAp
32、ublic:A(inti);voidprint();private:constinta;staticconstintb;/静态常数据成员;717.8 共享数据的保护 7.8.2 用const修饰的对象成员例7-10（续）constintA:b=10;A:A(inti):a(i)voidA:print()couta:bendl;intmain()/*建立对象a和b，并以100和0作为初值，分别调用构造函数，通过构造函数的初始化列表给对象的常数据成员赋初值*/Aa1(100),a2(0);a1.print();a2.print();return0;727.8 共享数据的保护 7.8.2 用cons
33、t修饰的对象成员运行结果：100:100:107.8.3 常引用如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。常引用所引用的对象不能被更新。如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：const类型说明符&引用名;737.8 共享数据的保护例7-11（教材例5-9）常引用作形参#include#includeusingnamespacestd;classPoint/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)intgetX()returnx;intgetY()returny;friendfloatd
34、ist(constPoint&p1,constPoint&p2);private:/私有数据成员intx,y;747.8 共享数据的保护 7.8.3 常引用例7-11 （续）floatdist(constPoint&p1,constPoint&p2)doublex=p1.x-p2.x;doubley=p1.y-p2.y;returnstatic_cast(sqrt(x*x+y*y);intmain()/主函数constPointmyp1(1,1),myp2(4,5);coutThedistanceis:;coutdist(myp1,myp2)endl;return0;757.8 共享数据的保护
35、 7.8.3 常引用7.9.1 用构造函数定义类型转换单参数构造函数可以设立类型转换Point(1)表示创建一个临时对象，同时也表示显式类型转换与Point(1)等价的形式：(Point)1static_cast(1)无论形式为何，执行转换时都会创建临时对象767.9 深度探索隐含转换由构造函数确立的类型转换，可以隐含执行例：Linex(1,4);效果：构造以(1,0)和(4,0)两坐标为端点的线段，这里Point的构造函数被隐含调用避免隐含转换的发生在构造函数中使用explicit关键字，explicit要写在类定义中的构造函数前777.9 深度探索 7.9.1 用构造函数定义类型转换C+中
36、的类型转换static_cast用法：static_cast(expression)该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要有如下几种用法：用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换是安全的；进行下行转换时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char。这种转换的安全性也要开发人员来保证。把空指针转换成目标类型的空指针。把任何类型的表达式转换成void类型。78C+中的类型转换const_cast用法：const_cast(expression)该运算符用来修改类型的c
37、onst或volatile属性。常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；常量对象被转换成非常量对象。79C+中的类型转换dynamic_cast用法：dynamic_cast(expression)该运算符把expression转换成type-id类型的对象。type-id必须是类的指针、类的引用或者void *；如果type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还可以用于类
38、之间的交叉转换。在类层次间进行上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果是一样的；在进行下行转换时，dynamic_cast具有类型检查的功能，比 static_cast更安全。80C+中的类型转换dynamic_castdynamic_cast是ANSI C+中仅有的两个与RTTI (Run Time Type Identification) 有关的用法之一。C+的类继承，使得有时很难弄清楚你正在使用的object属于哪个class，特别是当继承树比较深并且比较复杂的时候。主流的C+编译器为了满足一些吝啬的C程序员的要求，一般都提供了把RTTI关掉的编译选项，这样确实
39、可以减少一些空间开销。而如果你使用了这样的编译选项，而你的程序中又使用了dynamic_cast，就会引起的程序崩溃。81C+中的类型转换reinterpret_cast用法：reinterpret_cast(expression)reinterpret_cast是C+里的强制类型转换符。操作符修改了操作数类型，但仅仅是重新解释了给出的对象的比特模型而没有进行二进制转换。reinterpret_cast只能在指针之间转换。827.10 小结主要内容面向对象的基本概念、类和对象的声明、构造函数、析构函数、内联成员函数、拷贝构造函数、类的静态成员、类的友元、共享数据的保护达到的目标掌握类与对象的基本概念，能够在程序中定义类和对象，定义构造与析构函数。会定义和使用类的静态成员、友元，能够实现共享数据的保护86
