面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)理論

1、1,一、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)理論,,1.1　面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法基礎(chǔ),1.2　對(duì)象和類,1.3　繼承性,1.4　重載,1.5　多態(tài)性,2,1.1　OOP基礎(chǔ),,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法（Object Oriented Programming）簡(jiǎn)稱為OOP，它的基本元素是類（Class）和對(duì)象（Object）。,使用對(duì)象模擬自然的或抽象的實(shí)體，對(duì)用戶掩蓋了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性（封裝），并且能使程序員付出盡可能小的代價(jià)，獲得盡可能大收益（繼承），提高軟

2、件的開(kāi)發(fā)效率。,3,1.2　對(duì)象和類,,類是對(duì)事物的特性及操作的抽象描述，對(duì)象是類的實(shí)體。,從C語(yǔ)言的角度來(lái)看，類是結(jié)構(gòu)的自然演化，類就是包含數(shù)據(jù)聲明和函數(shù)聲明的結(jié)構(gòu)。,類既包含了數(shù)據(jù)又包含了代碼，對(duì)類中成員的存取是受控制的，這一控制不僅針對(duì)數(shù)據(jù)，也針對(duì)代碼，類的這個(gè)特性被稱為封裝。,4,,計(jì)算過(guò)程的演變：　手工計(jì)算　　全部手工和腦力完成　計(jì)算器（面向過(guò)程）　　部分借助非人力因素，但仍需對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制和管理　計(jì)算機(jī)（面向?qū)ο螅?/p>

3、　　完全借助非人力因素，運(yùn)算一旦開(kāi)始，可以無(wú)需人工的介入,封裝的說(shuō)明,5,,特性：　　腳個(gè)數(shù)　　物理位置　　長(zhǎng)度　　寬度　　高度　　形狀,操作：　　搬動(dòng)　　改造,類的說(shuō)明,,,,,,,,,,“桌子”類,6,,定義類,,class Counter { long count;public: void SetValue(long); long GetValue();};,關(guān)鍵字clas

4、s引導(dǎo)類聲明,Counter是類標(biāo)識(shí)符,類體,分號(hào),7,,,使用類,類是一個(gè)模板，就象數(shù)據(jù)類型一樣，使用的時(shí)候必須定義類變量。定義類變量稱為類的實(shí)例化，類的實(shí)例化變量就是對(duì)象。,void main (){ Counter people; long value; people.SetValue(0); value = people.GetValue();},對(duì)象是具有某一個(gè)

5、類所描述的共性的，但又有各自特性的個(gè)體。,8,類存取控制,,類的成員的使用者有三類：1. 類本身2. 一般用戶3. 派生類每種使用者權(quán)限不同，對(duì)應(yīng)與不同的使用權(quán)限，有不同的關(guān)鍵字說(shuō)明。,9,類私有成員（private）,,類本身（或類的友元）可以存取類的私有成員。派生類不能存取其父類的私有成員?！　∫?yàn)轭惐仨氃诔绦蛑惺褂?，所以類必須至少有一個(gè)非私有的成員?！　☆惓蓡T的存取控制缺省為私有類型。,10,類私有成員

6、（續(xù)）,,,class PrivateClass { long value; void f1(); void f2();};,void main(){ PrivateClass object; long l = object.value; object.f1(); object.f2();},提問(wèn)：上述程序可以達(dá)到預(yù)期效果嗎？,類私有成員（續(xù)）,11,類公有成員（public

7、）,,在程序中使用給定類的對(duì)象，必須能存取成員數(shù)據(jù)、成員函數(shù)或兩者。　　為使這些成員在程序中可以被存取，必須在類中聲明公有部分?！　≡诠胁糠侄x的內(nèi)容允許被其他對(duì)象無(wú)限制地存取。通常可以有控制地使用公有成員存取私有數(shù)據(jù)，調(diào)用私有成員函數(shù)完成工作。,12,類公有成員（續(xù)）,class PublicExample{public: int variable; void function();};,void m

8、ain(){ PublicExample object; int i = object.variable; object.function();},,13,類保護(hù)成員（protected）,,class A {protected: int value_a; };class B:public A { public: void FB();};class C:public B{

9、 public: void FC();},void B::FB(){ value_a = 0;}void C::FC(){ value_a = 0},14,問(wèn)題,,class A { int value_1;protected: int value_2; void FA_1();public: int value_3; void FA_2();};,

10、class B:public A{public: int value_4; void FB();},問(wèn)：在類B的FB函數(shù)中可以直接存取的成員有哪些？問(wèn)：通過(guò)類B的對(duì)象在程序中可以直接訪問(wèn)的成員有哪些？,15,特殊類成員,,特殊類成員,1、構(gòu)造函數(shù)（constructor）,2、析構(gòu)函數(shù)（destructor）,16,構(gòu)造函數(shù),,構(gòu)造函數(shù)是用來(lái)建立某給定類的對(duì)象的。一個(gè)類可以不定義構(gòu)造函數(shù)，也可以定義一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造函

11、數(shù)。編譯系統(tǒng)保證類的構(gòu)造函數(shù)先于其他函數(shù)被調(diào)用。,17,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)一）,,class Counter {long value;public:Counter();};Counter::Counter(){value = 100;},void main(){Counter c1;return;},構(gòu)造函數(shù)Counter()它有什么特點(diǎn)？,18,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)二）,,class Counter {

12、long value;public: Counter();};Counter::Counter(int i){ value = i;},void main(){ Counter c1(100); return;},構(gòu)造函數(shù)Counter()它有什么特點(diǎn)？,19,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)三）,,class Counter { long value;public: Counter()

13、 Counter(int i);};Counter::Counter(){ value = 100;},Counter::Counter(int i){ value = i;}void main(){ Counter c1; Counter c2(100); return;},20,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)四）,class Counter { long value;publi

14、c: Counter() { value = 100; } Counter(int i = 0) { value = i;}};void main() { Counter c1; Counter c2(100);},,問(wèn)：Counter類是否能包含如上所示的兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)？為什么？,21,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)五）,,class Counter { long value;public: C

15、ounter(Counter &)};Counter::Counter(Counter & reference){ value = reference.value;},22,,void main() { Counter object(5); Counter object1 = object;};,構(gòu)造函數(shù)（續(xù)六）,這個(gè)等號(hào)表示復(fù)制構(gòu)造函數(shù),void main() { Counte

16、r object(5); Proc_A(object);};,把對(duì)象作為參數(shù)傳遞，也需要拷貝構(gòu)造函數(shù)。,23,構(gòu)造函數(shù)（小結(jié)一）,1、缺省構(gòu)造函數(shù),2、有特定初始化值的構(gòu)造函數(shù),3、通過(guò)復(fù)制另一個(gè)對(duì)象建立新對(duì)象的構(gòu)造函數(shù),,24,構(gòu)造函數(shù)（小結(jié)二）,1、構(gòu)造函數(shù)沒(méi)有返回類型,2、構(gòu)造函數(shù)與類同名,3、同一個(gè)類可以有多個(gè)構(gòu)造函數(shù),,25,構(gòu)造函數(shù)（思考題）,,class Counter { long value;pub

17、lic: Counter();};class Example { int value;public: Counter c; Example();};,void main(){ Example e;},在本例中，當(dāng)c對(duì)象作為e對(duì)象的成員。問(wèn)：c對(duì)象和e對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序是怎樣的？,26,析構(gòu)函數(shù),,析構(gòu)函數(shù)在對(duì)象不再被使用時(shí)，執(zhí)行一些必須的操作，一般是構(gòu)造函數(shù)的逆操作。一個(gè)類只

18、能聲明一個(gè)析構(gòu)函數(shù)?！　∥鰳?gòu)函數(shù)是構(gòu)造函數(shù)的逆函數(shù)。,27,析構(gòu)函數(shù)（續(xù)）,,class Counter { long value;public: ~Counter();};Counter::~Counter(){ printf(“…”);},析構(gòu)函數(shù)在聲明和使用上有什么特點(diǎn)？,28,析構(gòu)函數(shù)（小結(jié)）,,1、析構(gòu)函數(shù)沒(méi)有返回類型,2、析構(gòu)函數(shù)的命名是在類名前加“～”,3、一個(gè)類只能有一個(gè)析構(gòu)函數(shù),4、

19、析構(gòu)函數(shù)沒(méi)有參數(shù),29,1.3　繼承性,,從編碼角度講，從基類中派生類以較低代價(jià)換來(lái)了大量的靈活性。一旦產(chǎn)生了可靠的基類，只需要調(diào)試派生類中所做的修改即可。　　派生類從它的父類中繼承性質(zhì)時(shí)，可使派生類對(duì)它們進(jìn)行擴(kuò)展、限制、改變、刪除或不做任何修改。所有這些變化歸結(jié)成兩類基本的面向?qū)ο蠹夹g(shù)：性質(zhì)約束和性質(zhì)擴(kuò)展。,30,單一繼承,,class First { int value_1;protected: int valu

20、e_2;public: int value_3;};,class Second:First{ int value_4;public: void F2();};,問(wèn)：在程序中可以訪問(wèn)的Second類的對(duì)象的成員變量有那些？,31,基類存取限定符,class First { int value_1;protected: int value_2;public: int value_3

21、;};,class Second:public First{ int value_4;public: void F2();};,基類存取限定符,,32,基類存取限定符（續(xù)）,,private：如果沒(méi)有特別說(shuō)明，private是缺省的限定符?；愔兴锌衫^承的成員在派生類中都變成私有的。public：基類中所有public成員在派生類中仍為public成員，……,33,構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用,,class A {pub

22、lic: A() { ……;}};class B : public A {public: B() { ……;}};,如果現(xiàn)在將類B實(shí)例化成一個(gè)對(duì)象，構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用情況會(huì)如何？,34,構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用（續(xù)）,,類實(shí)例化時(shí)，需要調(diào)用其構(gòu)造函數(shù)。如果該類是派生類，必須調(diào)用其父類的構(gòu)造函數(shù)，如果其父類也是派生出來(lái)的，重復(fù)該過(guò)程直至到達(dá)非派生的基類。,35,析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用,析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用順序與構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序相反。,,36

23、,構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)傳遞,,class A {public: int va; A(int i) { va = i;}};class B:public A {public: int vb; B(int i, int j) { va = i; vb = j}};,37,構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)傳遞（續(xù)）,class A {public:int va;A(int i) { va = i;}};clas

24、s B :public A {public:int vb;B(int j, int i):A(i) { vb = j;}};,,38,派生類的類型轉(zhuǎn)換,,void main{ First c1; Second c2; First * d1 = new First; Second * d2 = new Second; c1 = c2; d1 = d2;};,如果這樣則不行：

25、c2 = c1;d2 = d1;,39,作用域的分辨,,class A {public: int get () { return 1;}};class B:public {public: int get () { return 2;}};,void main(){ A a; B b; int i = a.get(); int j = b.get();},40,作用域的分

26、辨（續(xù)）,,class A {public: int get () { return 1;}};class B:public A {public: int get () { return 2;}};,void main(){ A a; B b; int i = a.get(); int j = b.get(); int k = b.A::get();},作用域分辨操作

27、符,41,性質(zhì)擴(kuò)展,,使用派生類的主要原因是基類提供了派生類需要的部分特征。常?；惡茴愃朴谛枰念?，但不完全相同，其中有的函數(shù)需要稍微擴(kuò)展一下。如果在派生類中再次書(shū)寫整個(gè)函數(shù)會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。因此，可以充分利用類的繼承特性，將函數(shù)的功能進(jìn)行擴(kuò)充。,42,性質(zhì)擴(kuò)展（續(xù)一）,,假設(shè)：有一個(gè)類A，它有兩個(gè)成員函數(shù)，其中一個(gè)函數(shù)的功能的清屏，另一個(gè)函數(shù)的功能是用“*”畫一條直線，直線的長(zhǎng)度根據(jù)參數(shù)決定。現(xiàn)在需要一個(gè)新類B，希望它具有清屏的功

28、能，同時(shí)具有用“*”畫三角形的功能。,43,性質(zhì)擴(kuò)展（續(xù)二）,,*******　　n=7的直線****************************　　n=7的三角形,44,性質(zhì)約束,,用戶常常找到一些基本合乎要求的類，但是它們可能會(huì)有一些不受歡迎的行為。這時(shí)，可以使用性質(zhì)約束的方法來(lái)使派生類不具有某種功能。,45,性質(zhì)約束（續(xù)）,假設(shè)：有一個(gè)類A，同上例。有一個(gè)類B，具有用“*”畫三角形的功能，但是它每次畫三角形之

29、前都會(huì)先清屏?，F(xiàn)在需要一個(gè)新的類C，希望它具有類B畫三角形的功能，但是在畫三角形之前不會(huì)自動(dòng)清屏。同時(shí)它依然保留單獨(dú)清屏的功能。,,46,多重繼承,,C++語(yǔ)言中，一個(gè)類的父類并不只局限于一個(gè)，實(shí)際上可以有多個(gè)，派生類可以從每個(gè)父類中繼承性質(zhì)。當(dāng)然，這種繼承性增加了語(yǔ)言和編譯器的復(fù)雜性，但相比之下益處更多?！　《嘀乩^承大大增加了類繼承的靈活性。,47,多重繼承的實(shí)現(xiàn),,假設(shè)：有一個(gè)類A，具有單獨(dú)清屏的功能。有一個(gè)類B，具有用“*

30、”畫直線的功能，但是沒(méi)有清屏的功能?，F(xiàn)在需要一個(gè)新的類C，希望它具有用“＊”畫三角形的功能，又具有單獨(dú)清屏的功能。,48,多重繼承的構(gòu)造函數(shù),,class A {……};class B {……};class C:public A, public B {public: C(int i, int j, int k)},C::C(int i,int j,int k):B(j),A(i) {……};,構(gòu)造函數(shù)的調(diào)

31、用次序是怎樣的？,49,虛基類,,class A {public: int value;};class B :public A{……};class C:public A {……},class D:public B,public C {public: int get() { return value};};,這個(gè)value值從何而來(lái)？,50,虛基類（續(xù)一）,,class A {public:

32、int value;};class B:public virtual A{……};class C:public virtual A {……},class D:public B,public C {public: int get() { return value};};,51,虛基類（續(xù)二）,A,A,A,B,C,B,C,D,D,,,,,,,,,,,,,,,,52,1.4　重載,,在OOP中，簡(jiǎn)潔性是很重要的。用戶

33、使用系統(tǒng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)了解得越少越好，調(diào)用函數(shù)時(shí)需要的細(xì)節(jié)越少越好（參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型）。如果函數(shù)能夠接受各種類型的參數(shù)，由編譯器區(qū)分細(xì)節(jié)，則會(huì)很方便?！　∵@個(gè)目的在C++中可以達(dá)到。但是重載并不是一個(gè)全新的概念。,53,重載（續(xù)）,,1、函數(shù)重載,2、操作符重載,非成員函數(shù)重載,成員函數(shù)重載,,,,,所謂重載就是同一個(gè)符號(hào)在不同的上下文中代表不同的含義。,54,重載非成員函數(shù),,void Display(char * string) {……

34、}void Display(long value) {……}void Display(double value) {……}void main(){ Display(“\nPrint this,please!”); Display(123456789); Display(3.14159);},55,重載非成員函數(shù)（續(xù)一）,,void Display(char * string) {……}void Dis

35、play(long value) {……}void Display(double value) {……}void main(){ Display(333);},56,重載非成員函數(shù)（續(xù)二）,,void Display(char * string) {……}void Display(long value) {……}void Display(double value) {……}void Display(float va

36、lue) {……}void main(){ Display(3.14159);},57,重載非成員函數(shù)（續(xù)三）,,void Display(float value) {……}int Display(float value) {……}void main(){ Display(3.14159);},不同的返回值不能用來(lái)區(qū)分重載函數(shù)。,58,重載成員函數(shù),,class Example { int valu

37、e;public: void Value(int v) { value =v; } int Value() { return value; }};,void main(){ Example e; e.Value(3); int i = e.Value(); },59,類等級(jí)中的重載函數(shù),,class A {public: int f

38、oo (int i) { return i+1;}};class B:public A {public: int foo (float f) { return f+10;}};,void main(){ B b; int i = b.foo(2);},到底應(yīng)該調(diào)用A的foo還是B的foo？,60,類等級(jí)中的重載函數(shù)（續(xù)一）,,class A {public: int foo (int i)

39、{ return i+1;}};class B:public A {public: int foo (float f) { return f+10;}};,void main(){ B b; int i = b.foo(2);},這種情況不構(gòu)成重載,61,類等級(jí)中的重載函數(shù)（續(xù)二）,,int f(A & a){ return a.foo(3.14159F);}void main(

40、){ B b; int i = f(b);},i的結(jié)果是多少？,62,作用域分辨符,,class A {public: int foo(int i) {}};class B:public A {public: int foo(float f) {} int foo(int i) {return A::foo(i);}};,void main(){ B b; int

41、i = b.foo(2); int j = b.A::foo(2); int k = b.foo(3.14);},63,參數(shù)匹配,,參數(shù)匹配問(wèn)題既重要有復(fù)雜。編譯器遇到對(duì)重載函數(shù)的調(diào)用時(shí)，必須確定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。如果能找到參數(shù)完全匹配的函數(shù)，自然沒(méi)問(wèn)題，找不到時(shí)，則找一替代函數(shù)。此時(shí)，編譯器將實(shí)在參數(shù)與所有重載函數(shù)的參數(shù)比較，這個(gè)過(guò)程叫作參數(shù)匹配。,64,參數(shù)匹配（續(xù)）,,1、類型轉(zhuǎn)換不是非要不可的。,2、有時(shí)需要作參數(shù)

42、升級(jí)。參數(shù)可以沿路徑char→int → long → float → double → long → double升級(jí)。,3、參數(shù)轉(zhuǎn)換是可以的。參數(shù)可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或用戶定義的轉(zhuǎn)換規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,65,重載操作符,,class Example { int value;public: void Value(int v) { value =v; } int Value()

43、 { return value; }};,void main(){ Example e(?); …… e.Value(100+ e.Value());},如果能這樣：e = e+100;既直觀又方便。,66,如何重新理解操作符,,一元操作符 @ X X.@();二元操作符 X @ Y X.@(Y);,@是一個(gè)操作符，但是也可以被理解為一個(gè)成員函數(shù)。,67,重載操作符實(shí)

44、例,,class Counter { int value;public: Counter(int i) { value =i; } Counter operator !() {return Counter(!value); } Counter operator +(Counter &c) { return Counter(value+c.value); }};

45、,void main(){ Counter c1(3),c2(5); c1 = !c1; c1 = c1+c2; },68,重載操作符實(shí)例（續(xù)）,,class Counter { int value;public: Counter(int i) { value =i; } Counter operator !( int i) {return Counter(!val

46、ue); } Counter operator +(Counter &c) { return Counter(value+c.value); }};,放一個(gè)不用的參數(shù)可以嗎？,返回類型為什么經(jīng)常是對(duì)象類型。,c1+c2+c3+c4+c5,69,名字分裂及其規(guī)則,,名字分裂的目的：使產(chǎn)生重載的符號(hào)在編譯系統(tǒng)內(nèi)部有唯一的名字，從而使得它們?cè)谀繕?biāo)代碼中有不同的入口地址。名字分裂原則：@函數(shù)名$q符號(hào)化的參

47、數(shù)表void Counter::Value(int k)@Counter@Value$qi,70,1.5　多態(tài)性,,多態(tài)性是指C++的代碼可以根據(jù)運(yùn)行情況的不同執(zhí)行不同操作。這通常不能由程序員來(lái)直接控制，而必須依靠面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的特性，使對(duì)象對(duì)自身的運(yùn)行進(jìn)行跟蹤?！　《鄳B(tài)性是通過(guò)類的體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)，只有類成員函數(shù)可以具有多態(tài)性，而不是整個(gè)類都具有多它性。,71,先期聯(lián)編,,class A {public: v

48、oid foo ();};class B:public A {public: void foo ();};,int f(A & a){ return a.foo();}void main(){ B b; f(b);},這個(gè)地方最終調(diào)用的是哪個(gè)類的foo函數(shù)？為什么？,72,遲后聯(lián)編,,如果在上例中需要f函數(shù)根據(jù)形式參數(shù)中傳遞進(jìn)來(lái)的對(duì)象的類型自動(dòng)調(diào)用該類的foo函數(shù)，則需要激活C+

49、+的遲后聯(lián)編的功能，使程序在執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)選擇相應(yīng)的函數(shù)。,73,遲后聯(lián)編（續(xù)）,,class A {public: virtual void foo ();};class B:public A {public: virtual void foo ();};,int f(A & a){ return a.foo();}void main(){ B b; f(b);},

50、這時(shí)將根據(jù)實(shí)際的參數(shù)類型來(lái)選擇相應(yīng)的函數(shù)。,74,虛函數(shù),,聲明為virtual的函數(shù)為虛函數(shù)。通過(guò)聲明函數(shù)為virtual，來(lái)人為指定遲后聯(lián)編。遲后聯(lián)編只能用于類等級(jí)中的對(duì)象。對(duì)于不被任何類繼承的類，聲明其函數(shù)為虛函數(shù)，從語(yǔ)法上來(lái)講是正確的，但是會(huì)引起不必要的運(yùn)行時(shí)刻開(kāi)銷。,75,函數(shù)覆蓋,,1、虛函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)與類型。,2、虛函數(shù)的傳遞。,使用虛函數(shù)后，派生類中的函數(shù)可以覆蓋原有基類中函數(shù)的功能，這被稱為函數(shù)覆蓋。構(gòu)成函數(shù)覆蓋的條件

51、是：,76,抽象類,,由虛函數(shù)的傳遞性可以看出，出現(xiàn)在類等級(jí)頂部及其附近的類常常有多個(gè)空的虛函數(shù)。如果一個(gè)類只有空虛函數(shù)，實(shí)例化這樣的類有意義嗎？但是，這種實(shí)例化是允許的，其結(jié)果是得到一個(gè)占有內(nèi)存卻不做任何操作的無(wú)用的對(duì)象。為了避免這種情況的發(fā)生，C++中引進(jìn)了可以被繼承但是不能實(shí)例化的抽象類。,77,純虛函數(shù),,至少包含一個(gè)純虛函數(shù)的類被稱為抽象類。,class A {public: virtual void foo ()

52、= 0;};,注意純虛函數(shù)的定義方法。,78,純虛函數(shù)的使用,class A {public: virtual void foo ()=0;};void main(){ A a; a.foo();},,注意：抽象類不能實(shí)例化。,79,純虛函數(shù)的使用,class A {public: virtual void foo ()=0;};class B:public A {public:

53、 virtual void foo ();};,void main(){ B b; b.foo();},,注意：純虛函數(shù)一定要被覆蓋。,80,作用域分辨符,,class A {public: virtual void foo ();};class B:public A {public: virtual void foo ();};,int f(A & a){ retur