C++语言程序设计(清华大学郑莉) (5).ppt

第五章第五章 C+程序的结构程序的结构清华大学清华大学 郑郑 莉莉C+语言程序设计C+语言程序设计清华大学 郑莉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数据与函数数据与函数l静态成员静态成员l共享数据的保护共享数据的保护l友元友元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C+语言程序设计清华大学 郑莉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);radius 的作用域仅在于此，不能用于程序正文其他地方，因而可有可无。作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉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)int b(a);cinb;if(b0)int c;.c的作用域b的作用域作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉5类作用域类作用域l类作用域作用于特定的成员名。类作用域作用于特定的成员名。l类类X X的成员的成员M M具有类作用域，对具有类作用域，对M M的访问方式的访问方式如下：如下：如果在X的成员函数中没有声明同名的局部作用域标识符，那么在该函数内可以访问成员M。通过表达式x.M或者X:M访问。通过表达式prt-M作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉6文件作用域文件作用域l不在前述各个作用域中出现的声明，不在前述各个作用域中出现的声明，具有文件作用域，这样声明的标识符具有文件作用域，这样声明的标识符的作用域开始于声明点，结束于文件的作用域开始于声明点，结束于文件尾。尾。作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉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。块作用域类作用域文件作用域作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉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C+语言程序设计清华大学 郑莉9同一作用域中的同名标识符同一作用域中的同名标识符l在同一作用域内的对象名、函数名、在同一作用域内的对象名、函数名、枚举常量名会隐藏同名的类名或枚举枚举常量名会隐藏同名的类名或枚举类型名。类型名。l重载的函数可以有相同的函数名。重载的函数可以有相同的函数名。作用域与可见性C+语言程序设计清华大学 郑莉10#includeint i;/文件作用域int main()i=5;int i;/块作用域 i=7;couti=iendl;/输出7 couti=i;/输出5 return 0;作用域与可见性例例 5.1C+语言程序设计清华大学 郑莉11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。C+语言程序设计清华大学 郑莉12静态生存期静态生存期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在文件作用域中声明的对象具有这种在文件作用域中声明的对象具有这种生存期。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static。对象的生存期C+语言程序设计清华大学 郑莉13#includeint i=5;/文件作用域int main()couti=iendl;return 0;i具有静态生存期对象的生存期例例C+语言程序设计清华大学 郑莉14动态生存期动态生存期l块作用域中声明的，没有用块作用域中声明的，没有用static修修是的对象是动态生存期的对象（习惯是的对象是动态生存期的对象（习惯称局部生存期对象）。称局部生存期对象）。l开始于程序执行到声明点时，结束于开始于程序执行到声明点时，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C+语言程序设计清华大学 郑莉15#includevoid fun();int main()fun();fun();void fun()static int a=1;int i=5;a+;i+;couti=i,a=aendl;运行结果：i=6,a=2i=6,a=3i是动态生存期a是静态生存期对象的生存期例例C+语言程序设计清华大学 郑莉16例例5-2 变量的生存期与可见性变量的生存期与可见性#include#includeint int i i=1;/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。int main()int main()static int static int a 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 int b b=-10;/b,c=-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 int c c=0;=0;void other(void);void other(void);cout-MAIN-n;cout-MAIN-n;cout i:cout i:i i a:a:a a b:b:b b c:c:c cendl;endl;c=c+8;other();c=c+8;other();cout-MAIN-n;cout-MAIN-n;cout i:cout i:i i a:a:a a b:b:b b c:c:c cendl;endl;i i=i i+10;other();+10;other();对象的生存期void other(void)void other(void)static int static int a a=2;=2;static int static int b b;/a,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 int c c=10;/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=a a+2;+2;i i=i i+32;+32;c c=c c+5;+5;cout-OTHER-n;cout-OTHER-n;cout i:cout i:i i a:a:a a b:b:b b c:c:c cendl;endl;b b=a a;17运行结果：运行结果：-MAIN-MAIN-i:1i:1 a:0 b:-10 c:0a:0 b:-10 c:0-OTHER-OTHER-i:33i:33 a:4 b:0 c:15a:4 b:0 c:15-MAIN-MAIN-i:33i:33 a:0 b:-10 c:8a:0 b:-10 c:8-OTHER-OTHER-i:75i:75 a:6 b:4 c:15a:6 b:4 c:1518C+语言程序设计清华大学 郑莉19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#include#includeclass Clockclass Clock/时钟类声明时钟类声明public:public:/外部接口外部接口Clock();Clock();void SetTime(int NewH,int NewM,int NewS);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数原型作用域void ShowTime();void ShowTime();Clock()Clock()private:private:/私有数据成员私有数据成员int Hour,Minute,Second;int Hour,Minute,Second;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()/Clock:Clock()/构造函数构造函数 Hour=0;Hour=0;Minute=0;Minute=0;Second=0;Second=0;void Clock:SetTime(int NewH,int NewM,int NewS)void Clock:SetTime(int NewH,int NewM,int NewS)Hour=NewH;Hour=NewH;Minute=NewM;Minute=NewM;Second=NewS;Second=NewS;void Clock:ShowTime()void Clock:ShowTime()coutHour:Minute:Secondendl;coutHour:Minute:Secondendl;20ClockClock globClock;/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int main()int 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：globClockglobClock.ShowTime()ShowTime();/对象的成员函数具有类作用域对象的成员函数具有类作用域globClockglobClock.SetTime(8,30,30)SetTime(8,30,30);Clock Clock myClockmyClock(globClock);(globClock);/声明具有块作用域的对象声明具有块作用域的对象myClockmyClockcoutSecond time output:endl;coutSecond time output:endl;myClockmyClock.ShowTime();.ShowTime();/引用具有块作用域的对象引用具有块作用域的对象 21程序的运行结果为：程序的运行结果为：First time output:First time output:0:0:00:0:0Second time output:Second time output:8:30:308:30:3022C+语言程序设计清华大学 郑莉23数据与函数数据与函数l数据存储在局部对象中，通过参数传数据存储在局部对象中，通过参数传递实现共享递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。数据与函数C+语言程序设计清华大学 郑莉24使用全局对象使用全局对象#include#includeint int globalglobal;void f()void f()globalglobal=5;=5;void g()void g()cout coutglobalglobalendl;endl;int main()int main()f();f();g();/g();/输出输出“5 5”return 0;return 0;数据与函数C+语言程序设计清华大学 郑莉25将函数与数据封装将函数与数据封装#include#includeclass Applicationclass Application public:public:void void f f();void();void g g();();private:private:int int globalglobal;void Application:void Application:f f()()globalglobal=5;=5;void Application:void Application:g g()()coutcoutglobalglobalendl;endl;int main()int main()Application MyApp;Application MyApp;MyApp.f();MyApp.f();MyApp.g();MyApp.g();return 0;return 0;数据与函数C+语言程序设计清华大学 郑莉26静态成员静态成员l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必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。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来调用静态成员函数。静态成员函数只能直接引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数。静态成员C+语言程序设计清华大学 郑莉27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#include using namespace std;using namespace std;class Pointclass Pointpublic:public:Point(int xx=0,int yy=0)Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;countP+;X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point&p);Point(Point&p);int GetX()return X;int GetX()return X;int GetY()return Y;int GetY()return Y;void GetC()cout Object id=countPendl;void GetC()cout Object id=countPendl;private:private:int X,Y;int X,Y;static int countPstatic int countP;静态成员Point:Point(Point&p)Point:Point(Point&p)X=p.X;X=p.X;Y=p.Y;Y=p.Y;countP+;countP+;int Point:countP=0;int Point:countP=0;int main()int main()Point A(4,5);Point A(4,5);coutPoint A,A.GetX(),A.GetY();coutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC();A.GetC();Point B(A);Point B(A);coutPoint B,B.GetX(),B.GetY();coutPoint B,B.GetX(),B.GetY();B.GetC();B.GetC();28C+语言程序设计清华大学 郑莉29静态成员函数举例静态成员函数举例#include#includeclass Applicationclass Application public:public:static void f();static void f();static void g();static void g();private:private:static int global;static int global;int int Application:global=0;Application:global=0;void Application:f()void Application:f()global=5;global=5;void Application:g()void Application:g()coutglobalendl;coutglobalendl;int main()int main()Application:f();Application:f();Application:g();Application:g();return 0;return 0;静态成员C+语言程序设计清华大学 郑莉30静态成员函数举例静态成员函数举例class Aclass A public:public:static void f(A a);static void f(A a);private:private:int x;int x;void A:f(A a)void A:f(A a)cout coutx x;/;/对对x x的引用是的引用是错误错误的的 couta.x;/couta.x;/正确正确 静态成员C+语言程序设计清华大学 郑莉31具有静态数据、函数成员的具有静态数据、函数成员的 Point类类#include#include class Pointclass Point/Point/Point类声明类声明public:public:/外部接口外部接口Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;countP+;Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point&p);/Point(Point&p);/拷贝构造函数拷贝构造函数int GetX()return X;int GetX()return X;int GetY()return Y;int GetY()return Y;static void GetC()static void GetC()cout Object id=countPendl;cout Object id=countPendl;private:/private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y;int X,Y;static int countPstatic int countP;静态成员Point:Point(Point&p)Point:Point(Point&p)X=p.X;X=p.X;Y=p.Y;Y=p.Y;countP+;countP+;int Point:countP=0;int Point:countP=0;int main()int main()/主函数实现主函数实现 Point A(4,5);Point A(4,5);/声明对象声明对象A AcoutPoint A,A.GetX(),A.GetY();coutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC()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);Point B(A);/声明对象声明对象B BcoutPoint B,B.GetX(),B.GetY();coutPoint B,B.GetX(),B.GetY();Point:GetC()Point:GetC();/输出对象号，类名引用输出对象号，类名引用 32C+语言程序设计清华大学 郑莉33友元友元l友元是友元是C+提供的一种破坏数据封装提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。和数据隐藏的机制。l通过将一个模块声明为另一个模块的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。块中本是被隐藏的信息。l可以使用友元函数和友元类。可以使用友元函数和友元类。l为了确保数据的完整性，及数据封装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与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。使用友元。友 元C+语言程序设计清华大学 郑莉34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friend修饰说明的修饰说明的非成员函数非成员函数，在它的函数，在它的函数体中能够通过对象名访问体中能够通过对象名访问 private 和和 protected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 元C+语言程序设计清华大学 郑莉35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#include#include class Pointclass Point/Point/Point类声明类声明 public:public:/外部接口外部接口Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;int GetX()return X;int GetX()return X;int GetY()return Y;int GetY()return Y;friend float friend float DistanceDistance(Point&a,Point&b);(Point&a,Point&b);private:private:/私有数据成员私有数据成员int X,Y;int X,Y;友 元double Distance(Point&a,Point&b)double Distance(Point&a,Point&b)double dx=double dx=a a.X.X-b-b.X;.X;double dy=double dy=a a.Y-.Y-b b.Y;.Y;return sqrt(dx*dx+dy*dy);return sqrt(dx*dx+dy*dy);int main()int main()Point p1(3.0,5.0),p2(4.0,6.0);Point p1(3.0,5.0),p2(4.0,6.0);double d=Distance(p1,p2);double d=Distance(p1,p2);coutThe distance is dendl;coutThe distance is dendl;return 0;return 0;36C+语言程序设计清华大学 郑莉37友元类友元类l若一个类为另一个类的友元，则此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私有成的所有成员都能访问对方类的私有成员。员。l声明语法：将友元类名在另一个类中声明语法：将友元类名在另一个类中使用使用friend修饰说明。修饰说明。友 元C+语言程序设计清华大学 郑莉38友元类举例友元类举例class Aclass A friend class Bfriend class B;public:public:void Display()void Display()coutxendl;coutxendl;private:private:int x;int x;class Bclass B public:public:void Set(int i);void Set(int i);void Display();void Display();private:private:A A a;a;友 元void B:Set(int i)void B:Set(int i)a.xa.x=i;=i;void B:Display()void B:Display()a.Display();a.Display();39C+语言程序设计清华大学 郑莉40友元关系是单向的友元关系是单向的如果声明如果声明B类是类是A类的友元，类的友元，B类的类的成员函数就可以访问成员函数就可以访问A类的私有和保护类的私有和保护数据，但数据，但A类的成员函数却不能访问类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。类的私有、保护数据。C+语言程序设计清华大学 郑莉41常类型常类型 常类型的对象必须进行初始化，而常类型的对象必须进行初始化，而且不能被更新。且不能被更新。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 类型说明符&引用名l常对象：必须进行初始化常对象：必须进行初始化,不能被更新。不能被更新。类名 const 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(下一章介绍下一章介绍)。类型说明符 const 数组名大小.l常指针：指向常量的指针常指针：指向常量的指针(下一章介绍下一章介绍)。共享数据的保护C+语言程序设计清华大学 郑莉42例例5-7常引用作形参常引用作形参#include#includevoid display(void display(constconst double&r);double&r);int main()int main()double d(9.5);double d(9.5);display(d);display(d);return 0;return 0;void display(void display(constconst double&r)double&r)/常引用作形参，在函数中不能更新常引用作形参，在函数中不能更新 r r所引用的对象。所引用的对象。coutrendl;coutrendl;共享数据的保护C+语言程序设计清华大学 郑莉43常对象举例常对象举例class Aclass A public:public:A(int i,int j)x=i;y=j;A(int i,int j)x=i;y=j;.private:private:int x,y;int x,y;A A const const a(3,4);/aa(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C+语言程序设计清华大学 郑莉44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const说明的数据成员。共享数据的保护C+语言程序设计清华大学 郑莉45例例5-8 常成员函数举例常成员函数举例#includeincludeclass Rclass R public:public:R(int r1,int r2)R1=r1;R2=r2;R(int r1,int r2)R1=r1;R2=r2;void print();void print();void print()void print()constconst;private:private:int R1,R2;int R1,R2;共享数据的保护void R:print()void R:print()coutR1:R2endl;coutR1:R2endl;void R:print()constvoid R:print()const coutR1;R2endl;coutR1;R2endl;int main()int main()R a(5,4);R a(5,4);a.print();/a.print();/调用调用void print()void print()const R b(20,52);const R b(20,52);b.print();b.print();/调用调用void print()constvoid print()const 46C+语言程序设计清华大学 郑莉47例例5-9 常数据成员举例常数据成员举例#include#includeclass Aclass Apublic:public:A(int i);A(int i);void print();void print();const int&const int&r r;private:private:const int a;const int a;static const int static const int b b;/;/静态常数据成员静态常数据成员;共享数据的保护const int A:b=10;const int A:b=10;A:A(int i):a(i),r(a)/A:A(int i):a(i),r(a)/？void A:print()void A:print()couta:b:rendl;couta:b:rendl;int main()int main()/*/*建立对象建立对象a a和和b b，并以，并以100100和和0 0作为初值，分别调用构造作为初值，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赋初值*/A a1(100),a2(0);A a1(100),a2(0);a1.print();a1.print();a2.print();a2.print();48C+语言程序设计清华大学 郑莉49编译预处理命令编译预处理命令l#include#include 包含指令包含指令将一个源文件嵌入到当前源文件中该点处。#include l按标准方式搜索，文件位于C+系统目录的include子目录下#include文件名l首先在当前目录中搜索，若没有，再按标准方式搜索。l#define#define 宏定义指令宏定义指令定义符号常量，很多情况下已被const定义语句取代。定义带参数宏，已被内联函数取代。l#undef#undef删除由#define定义的宏，使之不再起作用。C+语言程序设计清华大学 郑莉50条件编译指令条件编译指令#if#if 和和#endif#endif#if#if 常量表达式常量表达式 /当当“常量表达式常量表达式”非零时编译非零时编译 程序正文程序正文#endif#endif.编译预处理命令C+语言程序设计清华大学 郑莉51条件编译指令条件编译指令#else#else#if#if 常量表达式常量表达式 /当当“常量表达式常量表达式”非零时编译非零时编译 程序正文1#else /当“常量表达式”为零时编译 程序正文2#endif 编译预处理命令C+语言程序设计清华大学 郑莉52条件编译指令条件编译指令#elif#if#if 常量表达式常量表达式1 1 程序正文程序正文1 1 /当当“常量表达式常量表达式1 1”非零时编译非零时编译#elif#elif 常量表达式常量表达式2 2 程序正文程序正文2 2 /当当“常量表达式常量表达式2 2”非零时编译非零时编译#else#else 程序正文程序正文3 3 /其他情况下编译其他情况下编译#endif#endif 编译预处理命令C+语言程序设计清华大学 郑莉53条件编译指令条件编译指令#ifdef#ifdef 标识符标识符 程序段程序段1 1#else#else 程序段程序段2 2#endif#endif如果如果“标识符标识符”经经#defined#defined定义过，且定义过，且未经未经undefundef删除，则编译程序段删除，则编译程序段1 1，否则，否则编译程序段编译程序段2 2。编译预处理命令C+语言程序设计清华大学 郑莉54条件编译指令条件编译指令#ifndef#ifndef 标识符标识符 程序段程序段1 1#else#else 程序段程序段2 2#endif#endif如果如果“标识符标识符”未被定义过，则编译程未被定义过，则编译程序段序段1 1，否则编译程序段，否则编译程序段2 2。编译预处理命令C+语言程序设计清华大学 郑莉55多文件结构（例多文件结构（例5-10）l一个源程序可以划分为多个源文件：一个源程序可以划分为多个源文件：类声明文件（.h文件）类实现文件（.cpp文件）类的使用文件（main()所在的.cpp文件）l利用工程来组合各个文件。利用工程来组合各个文件。C+语言程序设计清华大学 郑莉56不使用条件编译的头文件不使用条件编译的头文件/main.cpp/main.cpp#include#include file1.hfile1.h#include#include file2.hfile2.h int main()int main()/file1.h/file1.h#include#include head.hhead.h /file2.h/file2.h#include#include head.hhead.h /head.h/head.h class Pointclass Point 多文件结构C+语言程序设计清华大学 郑莉57使用条件编译的头文件使用条件编译的头文件/head.h/head.h#ifndef#ifndef HEAD_HHEAD_H#define#define HEAD_HHEAD_H class Point class Point#endif#endif 多文件结构C+语言程序设计清华大学 郑莉58小结与复习建议小结与复习建议l主要内容主要内容作用域与可见性、对象的生存期、数据的共享与保护、友元、编译预处理命令、多文件结构和工程l达到的目标达到的目标深入理解程序的结构、模块间的关系、数据共享。l实验任务实验任务实验五