C语言程序设计课件第6章类与对象.ppt

第6章 类与对象6.1 从面向过程到面向对象6.2 类与对象的定义6.3 对象的初始化6.4 对象数组与对象指针6.5 静态成员6.6 友元6.7 常对象和常成员6.8 程序实例6.1 从面向过程到面向对象6.1.1 面向对象程序设计的基本概念1对象与方法对象是指现实世界中具体存在的实体。每一个对象都有自己的属性（包括自己特有的属性和同类对象的共同属性）。属性反映对象自身状态变化，表现为当前的属性值。方法是用来描述对象动态特征的一个操作序列。消息是用来请求对象执行某一操作或回答某些信息的要求。实际上是一个对象对另一个对象的调用。2类类是具有相同属性和方法的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。将相似的对象分组形成一个类，每个这样的对象被称为类的一个实例，一个类中的所有对象共享一个公共的定义，尽管它们对属性所赋予的值不同。3封装封装（Encapsulation）是指把对象属性和操作结合在一起，构成独立的单元，它的内部信息对外界是隐蔽的，不允许外界直接存取对象的属性，只能通过有限的接口与对象发生联系。4继承继承（Inheritance）反映的是类与类之间抽象级别的不同，根据继承与被继承的关系，可分为基类和衍类，基类也称为父类，衍类也称为子类。子类将从父类那里获得所有的属性和方法，并且可以对这些获得的属性和方法加以改造，使之具有自己的特点。一个父类可以派生出若干子类，每个子类都可以通过继承和改造获得自己的一套属性和方法，由此，父类表现出的是共性和一般性，子类表现出的是个性和特性，父类的抽象级别高于子类。继承具有传递性。继承使得程序设计人员可以在已有的类的基础上定义和实现新类，所以有效地支持了软件构件的复用。5多态性不同的对象收到相同的消息产生不同的动作，这种功能称为多态性（Polymorphism）。将多态的概念应用于面向对象程序设计，增强了程序对客观世界的模拟性，使得对象程序具有了更好的可读性，更易于理解，而且显著提高了软件的可复用性和可扩充性。6.1.2 C+面向对象程序的结构一个面向对象的C+程序一般由类的声明和类的使用两部分组成。类的使用部分一般由主函数和有关子函数组成。以下是一个典型的C+程序结构。#include/类的定义部分class C int x,y,z;/类C 的数据成员声明f();/类C 的成员函数声明;/类的使用部分void main()C a;/建立一个类C 的对象aa.f();/给对象a发消息，调用成员函数f()在C+程序中，程序设计始终围绕“类”展开。通过声明类，构建了程序所要完成的功能，体现了面向对象程序设计的思想。下面看一个具体的例子，直观地了解一下面向对象程序设计方法与结构化程序设计方法的区别。【例6.1】类的应用示例。6.2 类与对象的定义6.2.1 类的定义在C+中，一个类指定一个独立的对象集合，该对象集合由组成该类的对象以及这些对象所允许的操作组成。1类的定义形式类定义的一般形式如下：class 类名 public:数据成员或成员函数的定义private:数据成员或成员函数的定义protected:数据成员或成员函数的定义;2类成员函数的定义对类的成员函数的定义通常有两种形式，一种是在类的定义中直接定义函数，一种是在类外定义。前面的例6.1就是在类内部实现成员函数，下面再看一个例子。【例6.2】已知y，当f(n)12 23 34n(n 1)时，求y的值。按照类的定义形式，可以在类定义中只给出成员函数的原型，而在类外部定义具体的成员函数。这种成员函数在类外定义的一般形式如下：函数返回值的类型 类名:函数名(形参表)（函数体）其中双冒号:是作用域运算符，它指出该函数是属于哪一个类的成员函数。6.2.2 对象的定义与使用1对象的定义对象的定义形式如下：类名 对象名表;其中对象名表代表有多个对象名，各对象名之间以逗号分隔。2对象成员引用具体引用形式为：对象名.数据成员名对象名.成员函数名(实参表)【例6.3】定义一个时钟类，类中有3个私有数据成员（Hour、Minute 和Second）和两个公有成员函数（SetTime 和ShowTime）。SetTime 根据传递的3个参数为对象设置时间，ShowTime 负责将对象表示的时间显示输出。在主函数中，建立一个时间类的对象，先利用默认时间设置，再设置时间为10时23分45秒并显示该时间。6.2.3 类与结构体的区别在C+语言中，结构体除了具有原先C 语言定义的功能外，还具有类似于类的功能，即也可以在其中定义函数。它们之间的区别是：在结构体中，成员的默认访问权限是public，而类成员的默认访问权限是private。【例6.4】用结构体定义类的示例。6.3 对象的初始化在类的定义中不能给数据成员赋初值。从封装的目的出发，类的数据成员应该多为私有的，对私有数据成员的访问只能通过成员函数，而不能通过成员引用的方式来赋值。C+中定义了一种特殊的初始化函数，称之为构造函数（Constructor）。在特定对象使用结束时，还将进行一些清除工作。对象清除工作由析构函数（Destructor）来完成。6.3.1 构造函数1构造函数的特点（1）构造函数名与类名相同，且没有返回值，不能指定函数类型。（2）构造函数必须使具有公有属性，但它不能像其它成员函数那样被显式地调用，它是在定义对象的同时被系统自动调用的。（3）构造函数是特殊的成员函数，函数体可以写在类体内，也可以写在类体外。（4）构造函数可以重载，即一个类中可以定义多个参数个数或参数类型不同的构造函数。【例6.5】使用构造函数替代例6.3中SetTime()成员函数，并在主函数中，使用构造函数设置时间为15时19分56秒并显示该时间。构造函数也可以重载。关于重载的概念将在第7章详细介绍，这里先看一个例子。【例6.6】构造函数重载定义示例。综上所述，构造函数是一个有着特殊名字，在对象创建时被自动调用的一种函数，它的功能就是完成对象的初始化。2默认的构造函数如果类定义中没有给出构造函数，则C+编译器自动给出一个默认的构造函数，而且默认的构造函数只能有一个，形式如下：类名:默认构造函数名()若没有定义过任何形式的构造函数，系统会自动生成默认的构造函数。若已经定义过构造函数，则系统不会自动生成默认的构造函数，一旦需要，则要求显式地定义这种形式的构造函数。在程序中，若定义一个静态对象而没有指明初始值时，编译器会按默认的构造函数对对象的数据成员初始化为0或空。【例6.7】默认构造函数示例。【例6.8】构造函数的调用。6.3.2 析构函数1析构函数的特点当对象创建时，会自动调用构造函数进行初始化。当对象撤消时，也会自动调用析构函数进行一些清理工作，如释放分配给对象的内存空间等。与构造函数类似的是：析构函数也与类同名，但在名字前有一个“”符号，析构函数也具有公有属性，也没有返回类型和返回值，但析构函数不带参数，不能重载，所以析构函数只有一个。【例6.9】析构函数程序举例。2默认的析构函数和默认构造函数一样，如果类定义中没有给出析构函数，系统也会自动生成一个默认的析构函数，其格式如下：类名称:默认析构函数名()例如，编译系统为类Point 生成默认的析构函数如下：Point:Point()对于大多数类而言，默认的析构函数就能满足要求。只有在一个对象完成其操作之前需要做一些内部处理时，才显式地定义析构函数。6.3.3 复制构造函数复制构造函数的作用是使用一个已存在的对象去初始化另一个同类对象，它也是一种构造函数，除了具有一般构造函数的特征外，它还具有如下特点：（1）其形参必须是本类的对象的引用。（2）某函数的形参是类的对象，调用该函数需要复制构造函数进行形参和实参结合。（3）函数的返值是类的对象，函数调用返回的时候需要调用复制构造函数实现类对象的赋值。复制构造函数的定义格式如下：类名:复制构造函数名(const 类名&对象名)(函数体)复制构造函数与类同名，const 是类型修饰符，被其修饰的对象是个不能被更新的常量。【例6.10】默认复制构造函数示例。【例6.11】复制构造函数示例。普通构造函数在建立对象时被调用，而复制构造函数在用已有对象初始化一个新对象时被调用。复制构造函数被调用通常发生在以下3种情况：（1）程序中需要新建一个对象，并用一个类的对象去初始化类的另一个对象的时候。（2）当对象作函数参数时，调用该函数时需要将实参对象完整地传递给形参，这就需要按实参复制一个形参，系统是通过调用复制构造函数来实现的，这样能保证形参具有和实参完全相同的值。（3）当函数的返回值是类的对象。在函数调用完毕需要将返回值带回函数调用处时，此时需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给该函数的调用处。以上3种调用复制构造函数都是由编译系统自动完成的，不必由用户自己去调用。6.4 对象数组与对象指针6.4.1 对象数组对象数组是指数组的每一个元素都是相同类型对象的数组，也就是说，若一个类有若干个对象，把这一系列的对象用一个数组来表示。对象数组的元素是对象，不仅具有数据成员，而且还有成员函数。对象数组的定义和普通数组的定义类似，一般格式如下：类名 数组名 第一维大小 第二维数组大小其中，类名是指该数组元素属于该类的对象，方括号内的数组大小给出了某一维元素的个数。一维对象数组只有一对方括号，二维对象数组要有两个方括号对，等等。与普通数组一样，在使用对象数组时也只能访问单个数组元素，也就是一个对象，通过这个对象，可以访问它的公有成员，一般形式如下：数组名 下标.成员名和普通数组一样，对象数组既可以在定义时初始化，也可以在定义后赋值。【例6.12】对象数组应用示例。6.4.2 对象指针对象指针就是指向对象的指针，其定义的格式如下：类名*对象指针名;对象成员也可以通过指向对象的指针来引用，引用数据成员的具体形式如下：指向对象的指针-数据成员名或：(*指向对象的指针).数据成员名引用成员函数的具体形式如下：指向对象的指针-成员函数名(实参表)或：(*指向对象的指针).成员函数名(实参表)【例6.13】对象指针应用示例。6.4.3 指向类成员的指针1指向数据成员的指针指向数据成员的指针定义格式如下：类型说明符 类名:*数据成员指针名;定义了指向数据成员的指针后，需要对其进行赋值，也就是要确定指向类的哪一个成员。对数据成员指针赋值的一般格式如下：数据成员指针名=&类名:数据成员名;将指针指向类的数据成员后，就可以通过类的对象引用指针所指向的数据成员，其格式有两种：对象名.*数据成员指针名;或：对象指针名-*数据成员指针名;【例6.14】指向数据成员指针应用举例。2指向成员函数的指针指向成员函数的指针定义格式如下：函数返回值类型(类名:*成员函数指针名)(参数表);定义成员函数指针后要对其赋值，也就是确定指向类的哪一个成员函数。给指向成员函数指针赋值的一般格式如下：成员函数指针名=&类名:成员函数名;调用成员函数指针所指向函数的格式如下：(对象名.*成员函数指针名)(实参表)或：(对象指针名-*成员函数指针名)(实参表)【例6.15】指向类成员函数指针应用举例。6.4.4 this 指针类的每一个成员函数都有一个隐含的常量指针，通常称为this 指针。this 指针的类型就是成员函数所属类的类型。当调用成员函数时，它被初始化为被调用函数的对象的地址。this 指针在系统中是隐含地存在的，也可以显式地使用。【例6.16】this 指针应用举例。需要注意的是，this 指针是一个const 指针，不能在程序中修改它，而且this 指针的作用域仅在一个对象的内部。6.5 静态成员6.5.1 静态数据成员静态数据成员的定义格式如下：static 数据类型 变量名;静态数据成员初始化的方式也与一般的数据成员不同。静态数据成员初始化应在类外进行，而且应在对象定义之前。一般在main()函数之前，类定义之后的位置对它进行初始化，格式如下：数据类型 类名:静态数据成员名初始值;引用静态数据成员的格式如下：类名:静态数据成员名【例6.17】静态数据成员应用举例。6.5.2 静态成员函数定义静态成员函数的格式如下：static 函数返回值的类型 静态成员函数名(形参表)(函数体)静态成员函数仅能访问静态的数据成员，不能访问非静态的数据成员，也不能访问非静态的成员函数，这是由于静态的成员函数没有this 指针。静态成员函数的调用不需要对象名。类似于静态的数据成员，公有的、静态的成员函数在类外的调用方式如下：类名:静态成员函数名(实参表)也允许用对象或指向对象的指针调用静态成员函数，一般格式如下：对象名.静态成员函数名(实参表)对象指针-静态成员函数名(实参表)【例6.18】静态成员函数应用举例。6.6 友元6.6.1 友元函数友元函数是类定义中由关键字friend 修饰的非成员函数。友元函数可以是一个普通函数，也可以是其它类的成员函数，它不是本类的成员函数，但是在它的函数体中可以通过“对象.成员名”访问类的私有成员和保护成员。友元函数声明的格式为：friend 函数返回值类型 友元函数名(参数表);【例6.19】友元函数应用举例。6.6.2 友元类和函数一样，类也可以说明为另一个类的友元，这时称该类为友元类。如果A 类是B 类的友元类，则A 类中的私有成员函数都是B 类的友元函数，都可以访问B 类的私有和保护成员。友元类说明的格式为：friend class 类名;类说明语句可以放在公有部分，也可以放在私有部分或保护部分。【例6.20】友元类应用举例。友元提供了一种非成员函数访问类的私有成员的方法，这在某些情况下为程序设计提供了一定的方便性。但是面向对象的程序设计要求类的接口与类的实现分开，对对象的访问通过其接口函数进行。如果直接访问对象的私有成员，就破坏了面向对象程序的数据隐藏和封装特性，虽然提供了一些方便，但有可能是得不偿失的，所以，需要慎用友元。此外，还有两点需要注意：（1）友元关系不能传递。例如，B 类是A 类的友元，C 类是B 类的友元，如果C 类和A 类之间没有显式说明，C 类和A 类之间不是友元关系。（2）友元关系的单向性。例如，如果B 类是A类的友元，则B 类的成员函数都是A 类的友元函数，可以访问A 类的所有数据成员，但A 类的成员函数就不是B 类的友元函数，也就不能访问B类的所有数据成员。6.7 常对象和常成员6.7.1 常对象和常成员函数如果在定义对象时用const 修饰，则被定义的对象为常对象。常对象的数据成员值在对象的整个生存期内不能被改变，常对象的定义形式如下：类名 const 对象名(参数表);或：const 类名 对象名(参数表);在定义常对象时必须进行初始化，而且不能被更新。常成员函数的声明格式如下：函数返回值的类型 函数名(参数表)const;const 是函数类型的组成部分，因此在函数的实现部分也要带const 关键字。常成员函数表示该成员函数只能读类数据成员，而不能修改类的数据成员。定义常成员函数时，把const 关键字放在函数的参数表和函数体之间。【例6.21】常对象和常成员函数应用举例。6.7.2 常数据成员带有成员初始化列表的构造函数的一般形式如下：类名:构造函数名(参数表):(成员初始化列表)/构造函数体成员初始化列表的一般形式如下：数据成员名1(初始值1),数据成员名2(初始值2),【例6.22】常数据成员应用举例。6.8 程序实例【例6.23】已知，求：（1）y3 时的最大n 值。（2）与（1）的n 值对应的y值。【例6.24】商店销售某一商品，每天公布统一的折扣（discount）。同时允许销售人员在销售时灵活掌握售价（price），在此基础上，对一次购10件以上者，还可以享受9.8折优惠现已知当天3名销货员的销售情况为：销货员号（num）销货件数（quantity）销货单价（price）101 5 23.5102 12 24.56103 100 21.5编写程序，计算当日此商品的总销售款sum，以及每件商品的平均售价。要求用静态数据成员和静态成员函数。【例6.25】编写一个程序，输入用户的姓名和电话号码，按姓名的词典顺序排列后，输出用户的姓名和电话号码。【例6.26】定义一个日期类Cdate，它具有下面的功能：（1）按“年 月 日”的格式输出日期；（2）输出在当前日期上加两天后的日期；（3）设置日期。