面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件

2011.9面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計ObjectOrientedProgramming2011.9面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計ObjectOrientedPr面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論1從C到C++2類與對象3繼承機(jī)制4多態(tài)性和虛函數(shù)5運(yùn)算符重載6模板7I/O流8異常處理9目錄面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論1從C到C++2類與對象3繼承機(jī)制4多態(tài)第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論1.1程序設(shè)計方法1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念1.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言1.4C++對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法的支持1.5C++程序的實現(xiàn)

第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論1.1程序設(shè)計方法1.1程序設(shè)計方法1.1.1

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法1.1.2

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法1.1程序設(shè)計方法1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法：強(qiáng)調(diào)程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計的自頂向下，逐步求精的演化過程。在這種方法中，待解問題和程序設(shè)計語言中的過程緊密相聯(lián)。1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法：1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法例如要開發(fā)一個成績管理系統(tǒng)，由于問題較復(fù)雜，我們將待解的問題分解成若干子問題：輸入成績處理成績打印成績待解問題將對應(yīng)到main()函數(shù)，每個子問題對應(yīng)到main()的調(diào)用函數(shù)1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法例如要開發(fā)一個成績管理系統(tǒng)隨著程序規(guī)模與復(fù)雜性的增長，面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法存在明顯的不足之處：數(shù)據(jù)安全性問題可維護(hù)性及可重用性差圖形用戶界面的應(yīng)用程序，很難用過程來描述和實現(xiàn)，開發(fā)和維護(hù)也都很困難。1.1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法隨著程序規(guī)模與復(fù)雜性的增長，面向過程的結(jié)構(gòu)化程在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法中，程序可表示為：程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法即程序的要素是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指利用計算機(jī)的離散邏輯來量化表達(dá)需要解決的問題，而算法則研究如何高效而快捷地組織解決問題的具體過程。1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法中，程序可表示為：1.1.2面向?qū)ο蟆纠?.1】用C++語言描述，用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法計算矩形的面積。1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法【例1.1】用C++語言描述，用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法計算矩形的在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法中，對象是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的封裝體。根據(jù)這個定義，對象是計算機(jī)內(nèi)存中的一塊區(qū)域。在對象中，不但存有數(shù)據(jù)，而且存有代碼，使得每個對象在功能上相互之間保持相對獨(dú)立。當(dāng)然，對象之間存在各種聯(lián)系，但它們之間只能通過消息進(jìn)行通信。程序可表示為：

程序=對象+消息1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（Object-OrientedProgramming）在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法中，對象是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的封 從計算機(jī)軟件設(shè)計的角度，引入類和對象的概念，將客觀世界和主觀世界中的實體和問題直接映射到計算機(jī)世界的程序空間。這就是面向?qū)ο蠓椒ǖ幕境霭l(fā)點。計算機(jī)世界（程序空間）主觀世界（問題空間）客觀世界（真實空間） 從計算機(jī)軟件設(shè)計的角度，引入類和對象的概念，將客觀世界和主現(xiàn)實問題空間面向?qū)ο蠼饪臻g物質(zhì)：一輛紅色的小車，車牌“888”意識：小汽車具體事物：一個對象——小汽車的實例抽象概念：小汽車類現(xiàn)實問題空間面向?qū)ο蠼饪臻g物質(zhì)：具體事物：汽車類汽車對象1汽車對象2汽車對象3汽車對象4汽車類汽車對象1汽車對象2汽車對象3汽車對象4可以將現(xiàn)實世界中的對象經(jīng)過抽象，映射為軟件中的對象。對象在軟件中是通過一種抽象數(shù)據(jù)類型來描述的，這種抽象數(shù)據(jù)類型稱為類（Class）可以將現(xiàn)實世界中的對象經(jīng)過抽象，映射為軟件中的對【例1.2】用C++語言描述，用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法計算矩形的面積。1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法【例1.2】用C++語言描述，用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法計算矩形通過這個程序可以知道面向?qū)ο蟪绦虺绦虻幕窘Y(jié)構(gòu)。一般情況下，面向?qū)ο蟪绦蚨际怯扇齻€部分來構(gòu)成：類的聲明、類的成員的實現(xiàn)和主函數(shù)?？梢?，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，它著重于類的設(shè)計。類正是面向?qū)ο笳Z言的基本程序模塊，通過類的設(shè)計，來完成實體的建模任務(wù)。1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法通過這個程序可以知道面向?qū)ο蟪绦虺绦虻幕窘Y(jié)構(gòu)。一般程序例1_2比程序例1_1看起來要煩瑣一些。但是，如果以RectangleArea類為基礎(chǔ)，通過繼承，可以很方便地派生出長方體等新的幾何體，實現(xiàn)代碼重用。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法提供了軟件重用、解決大問題和復(fù)雜問題的有效途徑，具有抽象性、封裝性、繼承性和多態(tài)性等特點。1.1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法程序例1_2比程序例1_1看起來要煩瑣一些。但是，如1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念1.2.1抽象1.2.2封裝1.2.3消息1.2.4繼承1.2.5多態(tài)1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念1.2.1抽象抽象就是忽略事物中與當(dāng)前目標(biāo)無關(guān)的非本質(zhì)特征，而強(qiáng)調(diào)與當(dāng)前目標(biāo)有關(guān)的本質(zhì)特征，從而找出事物的共性，并把具有共性的事物劃為一類，得到一個抽象的概念。1.2.1抽象抽象就是忽略事物中與當(dāng)前目標(biāo)無關(guān)的非本質(zhì)特征，而強(qiáng)調(diào)

面向?qū)ο蠓椒ㄖ械某橄螅褐笇唧w問題(對象)進(jìn)行概括，抽出一類對象的公共性質(zhì)并加以描述的過程。

1.2.1抽象描述某類對象共有的屬性或狀態(tài)描述某類對象的共有的行為或功能特征。對象數(shù)據(jù)抽象行為抽象抽象有機(jī)結(jié)合類進(jìn)一步抽象面向?qū)ο蠓椒ㄖ械某橄螅褐笇唧w問題(對象)進(jìn)行概括，抽自行車對象數(shù)據(jù)抽象自行車類屬性：架子尺寸車輪尺寸顏色原材料功能：轉(zhuǎn)彎移動修理1.2.1抽象行為抽象自行車對象數(shù)據(jù)抽象自行車類屬性：架子尺寸1.2.1抽象行數(shù)據(jù)抽象：floatlength,width,Area;行為抽象：SetData(floatL,floatW);CompueteArea();OutputArea();分析程序清單Li1_2：如果不是計算矩形的面積，關(guān)注的特征可能是顏色、大小等。由此可見，對于同一個研究對象，由于所研究問題的側(cè)重點不同，就可能產(chǎn)生不同的抽象結(jié)果。1.2.1抽象數(shù)據(jù)抽象：分析程序清單Li1_2：如果不是計算矩形的面積，關(guān)在日常生活中，我們往往只想知道某件物品的功能，而不關(guān)心它是怎么工作的。對于程序設(shè)計亦是如此，當(dāng)人們面對某段程序時，只關(guān)心它的執(zhí)行結(jié)果，而不關(guān)心實現(xiàn)過程以及過程中所用到的數(shù)據(jù)。封裝恰好滿足了這一需求。1.2.2封裝在日常生活中，我們往往只想知道某件物品的功能，而不關(guān)1.2.2封裝

面向?qū)ο蠓椒ㄖ械姆庋b：就是將抽象出來的對象的屬性和行為結(jié)合成一個獨(dú)立的單位，并盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。封裝有兩個含義：（1）把對象的全部屬性和行為結(jié)合在一起，形成一個不可分割的獨(dú)立單位。對象的私有屬性只能由這個對象的行為來讀取和修改；（2）盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)，對外形成一道屏障，通過公有行為充當(dāng)外部接口。1.2.2封裝面向?qū)ο蠓椒ㄖ械姆庋b：就是將抽象出內(nèi)外機(jī)械零件動作調(diào)節(jié)旋鈕讀表盤1.2.2封裝內(nèi)外機(jī)械零件調(diào)節(jié)旋鈕1.2.2封裝例如程序段Li1_2中的類RectangleArea就是在抽象的基礎(chǔ)上，將矩形的數(shù)據(jù)和功能結(jié)合起來而構(gòu)成的封裝體。聲明的私有成員length、width和Area外部無法直接訪問，外界可通過公有行為SetData()、CompueteArea()和OutputArea()與類RectangleArea發(fā)生聯(lián)系。1.2.2封裝例如程序段Li1_2中的類RectangleArea

消息：是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計用來描述對象之間通信的機(jī)制。一個消息就是一個對象要求另一個對象實施某種操作的一個請求。前面所提到的“接口”規(guī)定了能向某一對象發(fā)出什么請求。也就是說，類對每個可能的請求都定義了一個相關(guān)的函數(shù)，當(dāng)向?qū)ο蟀l(fā)出請求時，就調(diào)用這個函數(shù)。這個過程通常概括為向?qū)ο蟆鞍l(fā)送消息”(提出請求)，對象根據(jù)這個消息決定做什么(執(zhí)行函數(shù)代碼)。1.2.3消息消息：是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計用來描述對象之間通信的機(jī)制。發(fā)送消息接收并響應(yīng)消息轉(zhuǎn)向1.2.3消息發(fā)送消息接收并響應(yīng)消息轉(zhuǎn)向1.2.3消息發(fā)送一條消息至少要包括說明接受消息的對象名、發(fā)送給該對象的消息名（即對象名、方法名）。一般還要對參數(shù)加以說明，參數(shù)可以是認(rèn)識該消息的對象所知道的變量名，或者是所有對象都知道的全局變量名。例：老板對下屬說：“明天早上八點以前把有關(guān)飲料的市場調(diào)查報告放到我的辦公桌上”。接受消息的對象名發(fā)送給該對象的消息名（對象名、方法名、參數(shù)）1.2.3消息發(fā)送一條消息至少要包括說明接受消息的對象名、發(fā)送1.2.4繼承在客觀世界中，存在著一般和特殊的關(guān)系，特殊具有一般的特性，同時又有自己的新特性。運(yùn)用抽象的原則就是舍棄對象的特殊性，提取其一般性，從而得到適合一個對象集的類。如果在這個類的基礎(chǔ)上，再考慮抽象過程中被舍棄的一部分對象的特性，則可形成一個新的類，這個類具有前一個類的全部特征，又有自己的新特征，形成一種層次結(jié)構(gòu)，即繼承結(jié)構(gòu)。1.2.4繼承在客觀世界中，存在著一般和特殊的關(guān)1.2.4繼承面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中利用繼承機(jī)制將這種關(guān)系模型化。繼承就是指特殊類的對象擁有其一般類的屬性和行為。

汽車客車貨車小轎車大客車載貨載人小，速度快大，速度慢1.2.4繼承面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中利用繼承機(jī)制將這1.2.4繼承在軟件開發(fā)過程中，繼承進(jìn)一步實現(xiàn)了軟件模塊的可重用性。繼承意味著“自動地?fù)碛小?，即特殊類中不必重新定義已在一般類中定義過的屬性和行為，而是自動地、隱含地?fù)碛衅湟话泐惖膶傩耘c行為。當(dāng)這個特殊類又被它更下層的特殊類繼承時，它繼承來的和自己定義的屬性和行為又被下一層的特殊類繼承下去。不僅如此，如果將開發(fā)好的類作為構(gòu)件放到構(gòu)件庫中，在開發(fā)新系統(tǒng)時便可直接使用或繼承使用。1.2.4繼承在軟件開發(fā)過程中，繼承進(jìn)一步實現(xiàn)了1.2.5多態(tài)

面向?qū)ο蟮耐ㄐ艡C(jī)制是消息，一個消息可以產(chǎn)生不同的響應(yīng)效果，這種現(xiàn)象叫做多態(tài)。即一個名字，多種語義；或相同界面，多種實現(xiàn)。1.2.5多態(tài)面向?qū)ο蟮耐ㄐ艡C(jī)制是消息，一個消息1.2.5多態(tài)

例如，如果發(fā)送消息“雙擊”，不同的對象就會有不同的響應(yīng)?！拔募A”對象收到雙擊消息后，會打開該文件夾，“音樂文件”對象收到雙擊消息后，會播放該音樂。

顯然，打開文件夾和播放音樂需要不同的函數(shù)體。但是，它們可以被同一條消息“雙擊”所引發(fā)。這就是多態(tài)。1.2.5多態(tài)例如，如果發(fā)送消息“雙擊”，不同的例1：一個經(jīng)理第二天要到某地參加某個會議，他會把這同一個消息告訴給不同的人：他的夫人、秘書、下屬，這些人聽到這個消息后，會有不同的反應(yīng)：夫人為他準(zhǔn)備行裝，秘書為他安排機(jī)票和住宿，下屬為他準(zhǔn)備相應(yīng)的材料。語文、數(shù)學(xué)、英語、政治、物理、化學(xué)、生物高中生計算平均成績大學(xué)生高數(shù)、英語、計算機(jī)、線性代數(shù)例2：例1：一個經(jīng)理第二天要到某地參加某個會議，他會把這同一1.3.1混合型的OOP語言C++1.3.2純OOP語言Java1.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言1.3.1混合型的OOP語言C++1.3面向?qū)ο蟪绦?.3.1混合型的OOP語言C++

混合型程序設(shè)計語言兼有同時支持面向過程的程序設(shè)計和支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計的特點，C++語言是這類語言的典型代表。1.3.1混合型的OOP語言C++混合型程序設(shè)計語1.3.1混合型的OOP語言C++C++語言具有4個方面的優(yōu)點：降低程序開發(fā)和維護(hù)的成本。與C兼容，但比用C語言編寫的程序更有效率。允許程序員更自由地使用各種庫。C++的異常處理機(jī)制能夠保證在運(yùn)行期間檢查到錯誤，并轉(zhuǎn)至相應(yīng)的處理程序，減少了代碼的長度和復(fù)雜度。1.3.1混合型的OOP語言C++C++語言具有4個方面的1.3.2純OOP語言Java

Java是一種具有“簡單、面向?qū)ο蟮?、分布式、解釋型、健壯、安全、與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)、可移植、高性能、多線程和動態(tài)執(zhí)行”等特性的語言。其次，它最大限度地利用了網(wǎng)絡(luò)，Java的應(yīng)用程序(Applet)可在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，可以說是網(wǎng)絡(luò)世界的通用語言；另外，Java還提供了豐富的類庫，使程序設(shè)計者可以方便地建立自己的系統(tǒng)。因此Java具有強(qiáng)大的圖形、圖像、動畫、音頻、視頻、多線程及網(wǎng)絡(luò)交互能力，使其在設(shè)計交互式、多媒體網(wǎng)頁和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序方面大顯身手。Java是C++的簡化和改進(jìn)，因而C++程序員可以很快掌握J(rèn)ava編程技術(shù)。1.3.2純OOP語言JavaJava是一種具有1.4C++對OOP方法的支持

C++把問題域中的事物抽象成對象(Object)，用數(shù)據(jù)成員描述該對象的靜態(tài)特征(屬性)，用成員函數(shù)來刻畫該對象的動態(tài)特征(行為)。

抽象性繼承性封裝性多態(tài)性C++抽象性1.4C++對OOP方法的支持C++把問題

C++語言允許單繼承和多繼承。被繼承的類稱為基類或父類，派生的新類稱為派生類或子類。

抽象性繼承性封裝性多態(tài)性C++繼承性1.4C++對OOP方法的支持C++語言允許單繼承和多繼承。被繼承的類稱為1.4C++對OOP方法的支持在C++語言中，類是支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝的工具，對象是數(shù)據(jù)封裝的實現(xiàn)。C++將數(shù)據(jù)和相關(guān)操作封裝在類中，同時通過訪問權(quán)限來控制對內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問。抽象性繼承性封裝性多態(tài)性C++封裝性1.4C++對OOP方法的支持在C++語言中1.4C++對OOP方法的支持

C++多態(tài)分為編譯時多態(tài)和運(yùn)行時多態(tài)。對編譯時多態(tài)的支持是通過函數(shù)重載和運(yùn)算符重載實現(xiàn)的；對運(yùn)行時多態(tài)的支持是通過繼承和虛函數(shù)來實現(xiàn)的。抽象性繼承性封裝性多態(tài)性C++多態(tài)性1.4C++對OOP方法的支持C++多態(tài)分為1.5C++程序的實現(xiàn)1.5.1編輯C++源程序1.5.2編譯和連接源程序1.5.3運(yùn)行源程序

1.5C++程序的實現(xiàn)1.5.1編輯C++源程序從C++源程序到可執(zhí)行程序的步驟：

編輯、預(yù)處理、編譯、連接、調(diào)試1.5C++程序的實現(xiàn)從C++源程序到可執(zhí)行程序的步驟：編輯、預(yù)處理、編譯、連接、

編輯是將源程序輸入計算機(jī)，生成后綴為.cpp的文件。

編譯（compile）是將程序的源代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言代碼。編譯后，會生成一個.obj的目標(biāo)文件。目標(biāo)代碼需要相互銜接成為一個適應(yīng)一定操作系統(tǒng)環(huán)境的程序整體，即連接（link）。C++程序通常是通過同時連接一個或多個目標(biāo)文件以及一個或幾個庫而創(chuàng)建的。1.5C++程序的實現(xiàn)編輯是將源程序輸入計算機(jī)，生成后綴為.cpp的文件。1.5C++源程序C++預(yù)處理后的C++源程序目標(biāo)程序可執(zhí)行程序運(yùn)行程序員調(diào)試出錯信息編輯器預(yù)處理器C++編譯器鏈接器1.5C++程序的實現(xiàn)C++C++預(yù)處理后目標(biāo)程序可執(zhí)行程序運(yùn)行程序員調(diào)試出錯信息 在VisualC++6.0運(yùn)行環(huán)境中建立C++應(yīng)用程序的過程演示1.5C++程序的實現(xiàn) 在VisualC++6.0運(yùn)行環(huán)境中建立C++應(yīng)用程（1）啟動VisualC++6.0，打開File菜單，執(zhí)行New菜單命令，出現(xiàn)New對話框。在Project頁面窗口中選擇Win32ConsoleApplication選項，創(chuàng)建一個Win32控制臺應(yīng)用程序。在Projectname編輯框中輸入項目名稱tc1，在Location編輯框中輸入保存項目的路徑。（2）在Win32ConsoleApplication-Step1of1對話框中設(shè)置控制臺應(yīng)用程序的類型。這里我們要創(chuàng)建一個空項目程序，因此選擇第一項Anemptyproject，單擊Finish按鈕，出現(xiàn)NewProjectInformation對話框，單擊OK按鈕，將生成一個空項目。（1）啟動VisualC++6.0，打開File菜（3）向項目tc1中添加源程序文件。打開Project菜單，選擇AddtoProject|New，出現(xiàn)如圖1-3所示的添加項目文件對話框。在的Files頁面窗口中選擇C++SourceFile，在右邊的File編輯框中輸入C++源程序文件名稱cp1，在Location編輯框中輸入保存該文件的路徑。單擊OK按鈕，在主窗口DeveloperStudio左邊的項目工作區(qū)窗口的SouceFiles文件夾目錄下出現(xiàn)cp1.cpp文件，雙擊該文件，在右邊的編輯窗口中輸入源程序代碼。（3）向項目tc1中添加源程序文件。打開Project菜（4）編譯運(yùn)行源程序cp1.cpp。打開Build菜單，選擇Buildcp1.exe命令項或按快捷鍵F7，系統(tǒng)開始對項目cp1進(jìn)行編譯、連接，同時在輸出窗口中顯示出編譯的內(nèi)容，當(dāng)出現(xiàn)Hello.exe–0error(s),0warning(s)字樣時，表示cp1.exe可執(zhí)行文件已經(jīng)正確無誤地生成了。在Build菜單中選取Executecp1.exe命令項或按快捷鍵Ctrl+F5，就可以運(yùn)行剛剛生成的cp1.exe。（4）編譯運(yùn)行源程序cp1.cpp。打開Build菜單第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件建立新工程（Project）建立新工程（Project）第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件建立新文件（File）建立新文件（File）第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概論課件編輯、編譯及運(yùn)行程序編輯、編譯及運(yùn)行程序?qū)嵗绦颍?*從鍵盤接收兩個整數(shù)，輸出顯示其中的較大數(shù)。*/#include<iostream.h>voidmain(){inta,b,max;//聲明三個整型變量cout<<"Pleaseentertwointegers:";//提示用戶輸入cin>>a>>b;//從鍵盤接收兩個整數(shù)賦給a、bif(a>=b)max=a;//若a>b則將a賦給maxelsemax=b;