第8章类和对象.ppt

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1、第第8章章 类和对象类和对象8.1 面向对象程序设计方法概述面向对象程序设计方法概述8.2 类的声明和对象的定义类的声明和对象的定义8.3 类的成员函数类的成员函数8.4 对象成员的引用对象成员的引用8.5 类的封装性和信息隐蔽类的封装性和信息隐蔽8.6 类和对象的简单应用举例类和对象的简单应用举例8.1面向对象程序设计方法概述面向对象程序设计方法概述1.对对象象object2.封装与信息封装与信息隐隐蔽蔽encapsulation,imformationhiding3.抽象抽象abstraction4.继继承与重用承与重用inherit,reusability5.多多态态性性polymorp

2、hism8.2类类的声明和的声明和对对象的定象的定义义类和对象的关系类和对象的关系 每一个实体都是对象。有一些对象是具有相同的结构和特性的。每一个实体都是对象。有一些对象是具有相同的结构和特性的。每个对象都属于一个特定的类型。每个对象都属于一个特定的类型。在在C+中对象的类型称为类中对象的类型称为类(class)。类代表了某一批对象的类代表了某一批对象的共性和特征。前面已说明：共性和特征。前面已说明：类是对象的抽象，而对象是类的具体实类是对象的抽象，而对象是类的具体实例例(instance)。正如同结构体类型和结构体变量的关系一样，人们正如同结构体类型和结构体变量的关系一样，人们先声明一个结构

3、体类型，然后用它去定义结构体变量。同一个结构先声明一个结构体类型，然后用它去定义结构体变量。同一个结构体类型可以定义出多个不同的结构体变量在体类型可以定义出多个不同的结构体变量在C+中也是先声明一个中也是先声明一个类类型，然后用它去定义若干个同类型的对象。对象就是类类型的类类型，然后用它去定义若干个同类型的对象。对象就是类类型的一个变量。可以说类是对象的模板，是用来定义对象的一种抽象类一个变量。可以说类是对象的模板，是用来定义对象的一种抽象类型。型。类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。在一开始时弄清对象和类的关系是十分重要

4、的。在一开始时弄清对象和类的关系是十分重要的。类是一个集合，对象类是一个集合，对象是集合的元素。是集合的元素。声明类类型（重点）声明类类型（重点）class类名类名private:私有的数据和成员函数私有的数据和成员函数;public:公用的数据和成员函数公用的数据和成员函数;classStudentprivate:intnum;charname20,sex;public:voiddisplay()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;#definePI3.1415classCircleprivate:doubleradius;pu

5、blic:voidSetRadius(doubler)radius=r;doublearea()returnradius*radius*PI;定义对象的方法定义对象的方法 只要声明了一个类类型，就可以用只要声明了一个类类型，就可以用这个类类型名来定义类对象，定义方法这个类类型名来定义类对象，定义方法类似于结构体类型变量的定义。类似于结构体类型变量的定义。classStudentprivate:intnum;charname20,sex;public:voiddisplay()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;Studentstu

6、1；但是但是Studentstu2=1002,ZhouYuncai,m;是不合法的！是不合法的！类对类对象的定象的定义义与与结结构体构体变变量的定量的定义义唯一区唯一区别别就在于就在于变变量的初始化！量的初始化！结构体变量的定义的回顾1、在声明结构体类型的同时定义结构体变量、在声明结构体类型的同时定义结构体变量structDateintmonth,day,year;d;这时，这时，Date是一个结构体类型名，是一个结构体类型名，d是一个是一个Date类型的变量。类型的变量。2、先声明结构体类型，后定义结构体变量、先声明结构体类型，后定义结构体变量structDateintmonth,day,y

7、ear;Dated;/这时，这时，Date是一个结构体类型名，是一个结构体类型名，d是一个是一个Date类型的变量。类型的变量。3、在定义结构体变量时还可以对其进行初始化、在定义结构体变量时还可以对其进行初始化structDateintmonth,day,year;d1=12,1,2008;Dated2=11,2,2008;类对象的定义也可以有两种：也可以有两种：1）在声明类类型的同时定义类对象；）在声明类类型的同时定义类对象；2）先生明类类型，）先生明类类型，后定义类对象。后定义类对象。如何才能使得类对象可以初始化？如何才能使得类对象可以初始化？如果不能对类对象初始化，如何给类对象赋初值？如

8、果不能对类对象初始化，如何给类对象赋初值？classStudentprivate:intnum;charname20,sex;public:voiddisplay()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;public:Studentstu2=1002,ZhouYuncai,m;构造函数构造函数匿名类类型结构体中也可以有函数#includeusingnamespacestd;structDateintmonth,day,year;voidshowdate()coutyear(month10?:0:)month(day10?:0:)da

9、yendl;intmain()Dated=12,3,2008;d.showdate();return0;2008:12:03struct与class的区别struct与与class的唯一区别是用的唯一区别是用struct声明声明的类型中的成员或成员函数的默认可访的类型中的成员或成员函数的默认可访问权限是问权限是public，而用，而用class声明的类型声明的类型中的成员或成员函数的默认可访问权限中的成员或成员函数的默认可访问权限是是private的。的。关于public、private以及以及protected严格地讲，用严格地讲，用struct或或class声明类型时声明类型时,每一个成员

10、或成员函数的每一个成员或成员函数的前面都应该加一个修饰词前面都应该加一个修饰词public：、：、private：或者：或者protected：。：。类似于：类似于：public：int a;private:double b;protected:void setData();等等这三个关键词用于说明类类型对象的这三个关键词用于说明类类型对象的成员或者成员函数的访问权限成员或者成员函数的访问权限何谓访问权限？何谓访问权限？关于public、private以及以及protected何谓访问权限？何谓访问权限？类对象的成员和成员函数的访问方式与结构体类型变量的成员类对象的成员和成员函数的访问方式与结

11、构体类型变量的成员访问方式相同，格式为：访问方式相同，格式为：对象名对象名.成员成员/成员函数成员函数;但是，如果一个成员或者成员函数的前面加了修饰词但是，如果一个成员或者成员函数的前面加了修饰词private或或者者protected，则就不能用对象名进行访问！，则就不能用对象名进行访问！classCTestprivate:inta;public:doubleb;CTestobj;obj.b=23.45;/OKobj.a=45;/ERRORprivate与与protected的区别要等到学了继承之后才能讨论！的区别要等到学了继承之后才能讨论！8.3类的成员函数类的成员函数成员函数的性质成员函

12、数的性质类的成员函数类的成员函数(简称类函数简称类函数)是函数的一种，它的用法和是函数的一种，它的用法和作用和第作用和第4章介绍过的函数基本上是一样的，它也有返章介绍过的函数基本上是一样的，它也有返回值和函数类型，它与一般函数的区别只是：回值和函数类型，它与一般函数的区别只是：它是属于它是属于一个类的成员，出现在类体中。它可以被指定为一个类的成员，出现在类体中。它可以被指定为private(私有的私有的)、public(公用的公用的)或或protected(受保护的受保护的)。在使用类函数时，要注意调用它的权限在使用类函数时，要注意调用它的权限(它能否被调用它能否被调用)以及它的作用域以及它的

13、作用域(函数能使用什么范围中的数据和函数函数能使用什么范围中的数据和函数)。例如私有的成员函数只能被本类中的其他成员函数所调例如私有的成员函数只能被本类中的其他成员函数所调用，而不能被类外调用。用，而不能被类外调用。在类外调用时在类外调用时,一般要定义一个一般要定义一个类对象类对象,然后利用类对象调用类函数。然后利用类对象调用类函数。成员函数可以访问本类中任何成员成员函数可以访问本类中任何成员(包括私有包括私有的和公用的的和公用的)，也可以调用本类中的任何函数。可，也可以调用本类中的任何函数。可以引用在本作用域中有效的数据。以引用在本作用域中有效的数据。一般的做法是将需要被外界调用的成员函数一

14、般的做法是将需要被外界调用的成员函数指定为指定为public，它们是类的对外接口。但应注意，它们是类的对外接口。但应注意，并非要求把所有成员函数都指定为并非要求把所有成员函数都指定为public。有的函有的函数并不是准备为外界调用的，而是为本类中的成员数并不是准备为外界调用的，而是为本类中的成员函数所调用的，就应该将它们指定为函数所调用的，就应该将它们指定为private。这这种函数的作用是支持其他函数的操作，是类中其他种函数的作用是支持其他函数的操作，是类中其他成员的工具函数成员的工具函数(utility function)，类外用户不类外用户不能调用这些私有的工具函数。能调用这些私有的工具

15、函数。类的成员函数是类类的成员函数是类体中十分重要的部分。也可以没有成员函数。体中十分重要的部分。也可以没有成员函数。在类外定义成员函数在类外定义成员函数#include#includeusingnamespacestd;classStudentpublic:voiddisplay();voidset(intn,stringstr,charch);private:intnum;stringname;charsex;intmain()Studentobj;obj.set(10031,ZhouYuncai,M);obj.display();voidStudent:display()cout学好学好

16、:numendl;cout姓名姓名:nameendl;cout性性别别:sexhour=12;p-minute=50;p-second=34;8.5类的封装性和信息隐蔽类的封装性和信息隐蔽公用接口与私有实现的分离公用接口与私有实现的分离从前面的介绍已知：从前面的介绍已知：C+通过类来实现封装性，把数通过类来实现封装性，把数据和与这些数据有关的操作封装在一个类中，或者说，据和与这些数据有关的操作封装在一个类中，或者说，类的作用是把数据和算法封装在用户声明的抽象数据类的作用是把数据和算法封装在用户声明的抽象数据类型中。类型中。在声明了一个类以后，用户主要是通过调用公用的成在声明了一个类以后，用户主

17、要是通过调用公用的成员函数来实现类提供的功能员函数来实现类提供的功能(例如对数据成员设置值，例如对数据成员设置值，显示数据成员的值，对数据进行加工等显示数据成员的值，对数据进行加工等)。因此，公用。因此，公用成员函数是用户使用类的公用接口成员函数是用户使用类的公用接口(publicinterface)，或者说是类的对外接口。或者说是类的对外接口。当然并不一定要把所有成员函数都指定为当然并不一定要把所有成员函数都指定为public(公用公用)的，也可以指定为的，也可以指定为private或或protected的的,这时这这时这些成员函数就不是公用接口了。些成员函数就不是公用接口了。在类外虽然不能

18、直接访问私有数据成员，但可以在类外虽然不能直接访问私有数据成员，但可以通过调用公用成员函数来引用甚至修改私有数据成员。通过调用公用成员函数来引用甚至修改私有数据成员。用户可以调用公用成员函数来实现某些功能，而这些功用户可以调用公用成员函数来实现某些功能，而这些功能是在声明类时已指定的，用户可以使用它们而不应改能是在声明类时已指定的，用户可以使用它们而不应改变它们。实际上用户往往并不关心这些功能是如何实现变它们。实际上用户往往并不关心这些功能是如何实现的细节，而只需知道调用哪个函数会得到什么结果，能的细节，而只需知道调用哪个函数会得到什么结果，能实现什么功能即可。实现什么功能即可。通过成员函数对

19、数据成员进行操作称为类的实现，通过成员函数对数据成员进行操作称为类的实现，为了防止用户任意修改公用成员函数，改变对数据进行为了防止用户任意修改公用成员函数，改变对数据进行的操作，往往不让用户看到公用成员函数的源代码，显的操作，往往不让用户看到公用成员函数的源代码，显然更不能修改它，用户只能接触到公用成员函数的目标然更不能修改它，用户只能接触到公用成员函数的目标代码代码.可以看到：可以看到：类中被操作的数据是私有的，实现的类中被操作的数据是私有的，实现的细节对用户是隐蔽的，这种实现称为私有实现细节对用户是隐蔽的，这种实现称为私有实现(private implementation)。这种这种“类的

20、公用接口与私有实现的类的公用接口与私有实现的分离分离”形成了形成了信息隐蔽信息隐蔽。软件工程的一个最基本的原则就是将接口与实现分软件工程的一个最基本的原则就是将接口与实现分离，信息隐蔽是软件工程中一个非常重要的概念。它的离，信息隐蔽是软件工程中一个非常重要的概念。它的好处在于：好处在于：(1)如果想修改或扩充类的功能，只需修改本类中如果想修改或扩充类的功能，只需修改本类中有关的数据成员和与它有关的成员函数，程序中类外的有关的数据成员和与它有关的成员函数，程序中类外的部分可以不必修改。部分可以不必修改。(2)如果在编译时发现类中的数据读写有错，不必如果在编译时发现类中的数据读写有错，不必检查整个

21、程序，只需检查本类中访问这些数据的少数成检查整个程序，只需检查本类中访问这些数据的少数成员函数。员函数。类的声明与实现的分离/student.h(这这是是头头文件，在此文件中文件，在此文件中进进行行类类的声明的声明)classStudent/类类声明声明public:voiddisplay();/公用成公用成员员函数原型声明函数原型声明private:intnum;charname20;charsex;/student.cpp/在此文件中进行函数的定义在此文件中进行函数的定义#include#includestudent.h/不要漏写此行，否则编译通不过不要漏写此行，否则编译通不过usingn

22、amespacestd;voidStudent display()/在类外定义在类外定义display类函数类函数coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;/main.cpp主函数模块主函数模块#includestudent.h/将类声明头文件包含进来将类声明头文件包含进来intmain()Studentstud;/定义对象定义对象stud.display();/执行执行stud对象的对象的display函数函数return0;为为什么要分什么要分离？！离？！这是一个包括这是一个包括3个文件的程序，组成两个文件模块：个文件的程序，组成两

23、个文件模块：一个是主模块一个是主模块main.cpp，一个是一个是student.cpp。在主模块在主模块中又包含头文件中又包含头文件student.h。在预编译时会将头文件在预编译时会将头文件student.h中的内容取代中的内容取代#include student.h行。行。请注意：请注意：由于将头文件由于将头文件student.h放在用户当前目放在用户当前目录中，因此在文件名两侧用双撇号包起来录中，因此在文件名两侧用双撇号包起来(student.h)而而不用尖括号不用尖括号()，否则编译时会找不到此文件。，否则编译时会找不到此文件。在运行程序时调用在运行程序时调用stud中的中的disp

24、lay函数，输出各数函数，输出各数据成员的值。据成员的值。如果一个类声明多次被不同的程序所选用，每次都要对包含如果一个类声明多次被不同的程序所选用，每次都要对包含成员函数定义的源文件成员函数定义的源文件(如上面的如上面的student.cpp)进行编译，这是否进行编译，这是否可以改进呢？的确，可以不必每次都对它重复进行编译，而只需编可以改进呢？的确，可以不必每次都对它重复进行编译，而只需编译一次即可。把第一次编译后所形成的目标文件保存起来，以后在译一次即可。把第一次编译后所形成的目标文件保存起来，以后在需要时把它调出来直接与程序的目标文件相连接即可。这和使用函需要时把它调出来直接与程序的目标文

25、件相连接即可。这和使用函数库中的函数是类似的。数库中的函数是类似的。这是把成员函数的定义不放在头文件中的这是把成员函数的定义不放在头文件中的一个好处。一个好处。在实际工作中，并不是将一个类声明做成一个头文在实际工作中，并不是将一个类声明做成一个头文件，而是将若干个常用的功能相近的类声明集中在一起，件，而是将若干个常用的功能相近的类声明集中在一起，形成类库。形成类库。类库有两种：类库有两种：一种是一种是C+编译系统提供的标准类编译系统提供的标准类库；一种是用户根据自己的需要做成的用户类库，提供库；一种是用户根据自己的需要做成的用户类库，提供给自己和自己授权的人使用，这称为自定义类库。在程给自己和

26、自己授权的人使用，这称为自定义类库。在程序开发工作中，类库是很有用的，它可以减少用户自己序开发工作中，类库是很有用的，它可以减少用户自己对类和成员函数进行定义的工作量。对类和成员函数进行定义的工作量。类库包括两个组成部分：类库包括两个组成部分：(1)类声明头文件；类声明头文件；(2)已经过已经过编译的成员函数的定义，它是编译的成员函数的定义，它是目标文件目标文件。用户只需把类。用户只需把类库装入到自己的计算机系统中库装入到自己的计算机系统中(一般装到一般装到C+编译系统所编译系统所在的子目录下在的子目录下)，并在程序中用，并在程序中用#include命令行将有关的命令行将有关的类声明的头文件包

27、含到程序中，就可以使用这些类和其类声明的头文件包含到程序中，就可以使用这些类和其中的成员函数，顺利地运行程序。中的成员函数，顺利地运行程序。这和在程序中使用这和在程序中使用C+系统提供的标准函数的方法是一系统提供的标准函数的方法是一样的，例如用户在调用样的，例如用户在调用sin函数时只需将包含声明此函数函数时只需将包含声明此函数的头文件包含到程序中，即可调用该库函数，而不必了的头文件包含到程序中，即可调用该库函数，而不必了解解sin函数是怎么实现的函数是怎么实现的(函数值是怎样计算出来的函数值是怎样计算出来的)。当。当然，前提是系统已装了标准函数库。在用户源文件经过然，前提是系统已装了标准函数

28、库。在用户源文件经过编译后，与系统库编译后，与系统库(是目标文件是目标文件)相连接。相连接。在用户程序中包含类声明头文件，类声明头文件就成为在用户程序中包含类声明头文件，类声明头文件就成为用户使用类的公用接口，在头文件的类体中还提供了成用户使用类的公用接口，在头文件的类体中还提供了成员函数的函数原型声明，用户只有通过头文件才能使用员函数的函数原型声明，用户只有通过头文件才能使用有关的类。用户看得见和接触到的是这个头文件，任何有关的类。用户看得见和接触到的是这个头文件，任何要使用这个类的用户只需包含这个头文件即可。包含成要使用这个类的用户只需包含这个头文件即可。包含成员函数定义的文件就是类的实现

29、。请特别注意：员函数定义的文件就是类的实现。请特别注意：类声明类声明和函数定义一般是分别放在两个文本中的。和函数定义一般是分别放在两个文本中的。由于要求接口与实现分离，为软件开发商向用户由于要求接口与实现分离，为软件开发商向用户提供类库创造了很好的条件。开发商把用户所需提供类库创造了很好的条件。开发商把用户所需的各种类的声明按类放在不同的头文件中，同时的各种类的声明按类放在不同的头文件中，同时对包含成员函数定义的源文件进行编译，得到成对包含成员函数定义的源文件进行编译，得到成员函数定义的目标代码。软件商向用户提供这些员函数定义的目标代码。软件商向用户提供这些头文件和类的实现的目标代码头文件和类

30、的实现的目标代码(不提供函数定义不提供函数定义的源代码的源代码)。用户在使用类库中的类时，只需将。用户在使用类库中的类时，只需将有关头文件包含到自己的程序中，并且在编译后有关头文件包含到自己的程序中，并且在编译后连接成员函数定义的目标代码即可。连接成员函数定义的目标代码即可。由于类库的出现，用户可以像使用零件一样方便由于类库的出现，用户可以像使用零件一样方便地使用在实践中积累的通用的或专用的类，这就地使用在实践中积累的通用的或专用的类，这就大大减少了程序设计的工作量，有效地提高了工大大减少了程序设计的工作量，有效地提高了工作效率。作效率。面向对象程序设计中的几个名词面向对象程序设计中的几个名词

31、方法方法(method)：就是类的成员函数：就是类的成员函数，“方法方法”是指对数是指对数据的操作。一个据的操作。一个“方法方法”对应一种操作。显然，只有对应一种操作。显然，只有被声明为公用的方法（成员函数）才能被对象外界所被声明为公用的方法（成员函数）才能被对象外界所激活。激活。消息消息：通过一个对象，调用类的方法就称为向对象发：通过一个对象，调用类的方法就称为向对象发送消息。如送消息。如stud.display();就是向对象就是向对象stud发出的一发出的一个个“消息消息”，通知它执行其中的，通知它执行其中的display“方法方法”（即（即display函数）。上面这个语句涉及函数）。

32、上面这个语句涉及3个术语：个术语：对象对象、方法方法和和消息消息。stud是对象，是对象，display()是方法，语句是方法，语句“stud.display();”是消息。是消息。8.6类类和和对对象的象的简单应简单应用用举举例例例例8.1最简单的例子。最简单的例子。#include using namespace std;class Time/定义Time类public:/数据成员为公用的int hour;int minute;int sec;int main()Time t1;/定义t1为Time类对象cint1.hour;/输入设定的时间cint1.minute;cint1.sec;coutt1.hour:t1.minute:t1.secendl;return 0;