面向?qū)ο蠡A(chǔ)知識(shí)課件

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)引論

C++是以C語言為基礎(chǔ)，增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的功能，適合編制復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)。重點(diǎn)：理解面向?qū)ο蟮乃枷?、?duì)象、類、繼承、多態(tài)性等概念為什么要面向?qū)ο?？面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)引論C++是以C語言為基礎(chǔ)，1程序設(shè)計(jì)高級(jí)語言可分為四代：第一代對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式有很強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，如FORTRAN;第二代如何有效表達(dá)算法，如PASCAL，C;第三代引入了抽象數(shù)據(jù)類型，如Ada;第四代面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，如Simula、Smalltalk、 Object-C、C++，Java;程序設(shè)計(jì)高級(jí)語言可分為四代：第一代對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式有很強(qiáng)的運(yùn)算處21面向過程程序設(shè)計(jì)面向過程：采用模塊化、按照解決問題的步驟分步設(shè)計(jì)程序。面向過程設(shè)計(jì)思想的核心——功能分解面向過程設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和過程作為兩個(gè)實(shí)體對(duì)待，重點(diǎn)在過程。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法出現(xiàn)之前，占主流的是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，即面向過程的程序設(shè)計(jì)語言。1面向過程程序設(shè)計(jì)面向過程：采用模塊化、按照解決問題的步3

舉例說明：銀行系統(tǒng)該系統(tǒng)允許顧客開設(shè)不同的銀行賬戶，其中包括現(xiàn)金賬戶、支票賬戶和貸款賬戶，同時(shí)允許顧客存款、取款和轉(zhuǎn)賬。根據(jù)面向過程的程序設(shè)計(jì)方法

step1:

將銀行系統(tǒng)分解成三個(gè)模塊：

存款——MakeDeposit

取款——WithDraw

轉(zhuǎn)賬——Transfer舉例說明：銀行系統(tǒng)該系統(tǒng)允許顧客開設(shè)不同的銀行賬戶，其中包4

step2:

接著建立一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):structaccount{charname;/*姓名*/unsignedlongaccountId;/*賬號(hào)*/floatbalance;/*余額*/floatinterestYTD/*年利息*/}

Step3:

按照一定的操作順序編寫程序。

step2:接著建立一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):5面向?qū)ο笏枷氲囊朊嫦蜻^程的設(shè)計(jì)存在以下缺點(diǎn)：

1、可重用性差

2、可維護(hù)性差

3、安全性差

產(chǎn)生主要原因：數(shù)據(jù)和過程的分離

解決途徑：引入面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想面向?qū)ο笏枷氲囊朊嫦蜻^程的設(shè)計(jì)存在以下缺點(diǎn)：6對(duì)象與類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中最重要的概念。本節(jié)要求：理解并掌握對(duì)象、類的概念，以及它們之間的關(guān)系對(duì)象與類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中最重要的概念。72面向?qū)ο髮?duì)象與類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中最重要的概念。本節(jié)要求：理解并掌握對(duì)象、類的概念，以及它們之間的關(guān)系2面向?qū)ο髮?duì)象與類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中最重要的概念。8對(duì)象是客觀存在的實(shí)體。eg:onepersonapenacatabird...什么是對(duì)象？對(duì)象有兩方面的特征其一，狀態(tài)特征。筆的大小，顏色等，其二，行為特征。鳥會(huì)飛，會(huì)跳躍等。對(duì)象是客觀存在的實(shí)體。什么是對(duì)象？對(duì)象有兩方面的特征9現(xiàn)實(shí)世界由形形色色的“對(duì)象”構(gòu)成。對(duì)象由靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)行為構(gòu)成。

對(duì)象=屬性+行為對(duì)象應(yīng)具有的特性：

⑴必須有一個(gè)區(qū)別于其它對(duì)象的名字

⑵用屬性（或叫狀態(tài)）來描述它的某些特征

⑶有一組操作，每一個(gè)操作決定對(duì)象的一種行為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中：對(duì)象=數(shù)據(jù)+操作現(xiàn)實(shí)世界由形形色色的“對(duì)象”構(gòu)成。對(duì)象由靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)行為構(gòu)10

注意：對(duì)象的狀態(tài)不僅僅是初等的數(shù)據(jù)類型，許多對(duì)象可以將另一個(gè)對(duì)象作為他們狀態(tài)的一部分。一輛車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)座位車輪車輪車輪座位座位氣缸…注意：對(duì)象的狀態(tài)不僅僅是初等的數(shù)據(jù)類型，許多對(duì)象可以將另11類(class)什么是類？類是具有共同特征的對(duì)象的抽象。eg:PersonCarCatBird...類(class)什么是類？類是具有共同特征12類：對(duì)一組具有共同的屬性特征和行為特征的對(duì)象的抽象。類是多個(gè)對(duì)象的抽象，對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例

如各種鳥具有羽毛，翅膀，嘴，會(huì)飛。把這些鳥的對(duì)象歸為一類，即鳥類，鳥類具有多個(gè)對(duì)象共有的狀態(tài)和行為。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，正是采用類的概念定義一組具有共同特征的對(duì)象。類：對(duì)一組具有共同的屬性特征和行為特征的對(duì)象的抽象。如13類的概念以及與對(duì)象的關(guān)系類和對(duì)象是抽象與具體的關(guān)系。類只在編譯時(shí)存在；對(duì)象是運(yùn)行時(shí)存在的實(shí)體。類的概念以及與對(duì)象的關(guān)系14例如：教師王明是一個(gè)對(duì)象對(duì)象名：王明對(duì)象的屬性：

年齡：30

學(xué)歷：

博士

職稱：教授

專業(yè)：計(jì)算機(jī)軟件對(duì)象的操作；

吃飯

授課一個(gè)個(gè)象王明一樣的具體的老師構(gòu)成了世界上沒有的抽象的“教師”類。例如：教師王明是一個(gè)對(duì)象15對(duì)象的交互在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象之間也需要聯(lián)系，我們稱為對(duì)象的交互。

消息傳遞——面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)提供的一種機(jī)制，允許一個(gè)對(duì)象與另一個(gè)對(duì)象的交互。

消息——一個(gè)對(duì)象向另一個(gè)對(duì)象發(fā)出的請(qǐng)求。

eg:顧客對(duì)象可以請(qǐng)求銀行賬戶對(duì)象的服務(wù)，如“存入300元”、“取出200元”等，當(dāng)銀行賬戶對(duì)象接到請(qǐng)求后，執(zhí)行相應(yīng)操作對(duì)象的交互在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象之間也需要聯(lián)系，我們稱為16方法——也稱為操作，類似于面向過程設(shè)計(jì)中所說的函數(shù)。方法定義了一系列計(jì)算步驟。消息具有三個(gè)性質(zhì)：

1、同一個(gè)對(duì)象可以接收不同形式的多個(gè)消息，做出不同的響應(yīng)2、相同形式的消息可以傳遞給不同的對(duì)象，所做出的響應(yīng)可不同。3、消息的發(fā)送可以不考慮具體的接受者

★對(duì)象之間的消息傳遞機(jī)制實(shí)際上對(duì)應(yīng)于面向過程設(shè)計(jì)的過程調(diào)用，其實(shí)質(zhì)是方法(函數(shù)）的調(diào)用方法——也稱為操作，類似于面向過程設(shè)計(jì)中所說的函數(shù)。方法定義17消息的分類

公有消息——由其他對(duì)象直接發(fā)送給它的消息。被調(diào)用的方法，在所屬的類中由public說明

私有消息——自己向自己發(fā)送的消息，由private說明消息的分類18類的確定與劃分面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是將系統(tǒng)分解成若干對(duì)象，對(duì)象之間的作用構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)。如何把實(shí)際問題的事物匯聚成一個(gè)個(gè)的“類”，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。類劃分得當(dāng)，既有利于對(duì)程序擴(kuò)充，又可以提高代碼的可重用性。如何確定和劃分類？

基本原則：尋求一個(gè)大系統(tǒng)中事物的共性，將具有共性的系統(tǒng)成為一個(gè)確定的類。(類不是函數(shù)的集合)類的確定與劃分面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是將系統(tǒng)分解成若干對(duì)象，對(duì)象之間的193面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο笫且环N主體－動(dòng)作模式面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法：把問題看成由許多彼此相互聯(lián)系的對(duì)象組成。面向?qū)ο蠓椒ǖ某霭l(fā)點(diǎn)：從認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的方法角度，來分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng),符合人們的日常自然的思維習(xí)慣。3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο笫且环N主體－20

面向?qū)ο蟪绦蚴侨绾卧O(shè)計(jì)的？在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)，而不是過程。數(shù)據(jù)構(gòu)成了軟件分解的基礎(chǔ)，而不是功能。以銀行系統(tǒng)為例：解決銀行賬戶的問題重點(diǎn)應(yīng)該放在銀行賬戶上Step1:確定銀行賬戶的基本數(shù)據(jù)；Step2:根據(jù)顧客在賬戶（數(shù)據(jù)）中要做什么，提出相應(yīng)的操作;面向?qū)ο蟪绦蚴侨绾卧O(shè)計(jì)的？在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，重點(diǎn)21

注意：不能將數(shù)據(jù)和相應(yīng)操作看成兩個(gè)分離的實(shí)體，而是作為一個(gè)完整的實(shí)體對(duì)待。把銀行賬戶的操作定義在數(shù)據(jù)上，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法中，銀行賬戶就是一個(gè)類，稱為銀行賬戶類，而每個(gè)具體的銀行賬戶就是銀行賬戶類的一個(gè)對(duì)象。ClassBankAccout{public: voidMakeDeposit(floatamount); floatWithDraw(floatamount); boolTransfer(BankAccount&to,floatamount);private: floatbalance; floatinterestYTD; char*owner; intaccount_number;};注意：不能將數(shù)據(jù)和相應(yīng)操作看成兩個(gè)分離的實(shí)體，而是22面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的定義定義：

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一種新的程序設(shè)計(jì)范型。

主要特征：程序=對(duì)象+消息主要特點(diǎn)是：

1、程序由類的定義和類的使用兩部分組成，在主程序中定義各對(duì)象并規(guī)定它們之間傳遞消息的規(guī)律。

2、程序中的一切操作都是通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)象接收到消息后，啟動(dòng)有關(guān)方法完成相應(yīng)操作。3、類有繼承關(guān)系產(chǎn)生相互間的關(guān)系。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的定義定義：23面向?qū)ο笞钔怀龅娜齻€(gè)特性：☆封裝性——將數(shù)據(jù)抽象的外部接口與內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)清楚地分開☆繼承性——子類可以從其父類繼承屬性和操作，提高了編程效率☆多態(tài)性——不同的對(duì)象收到相同的消息時(shí)產(chǎn)生多種不同的行為方式4面向?qū)ο蟪绦虻奶匦悦嫦驅(qū)ο笞钔怀龅娜齻€(gè)特性：4面向?qū)ο蟪绦虻奶匦?4封裝封裝(Encapsulation):封裝隱藏了對(duì)象的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。Cat封裝封裝(Encapsulation):封裝隱藏了對(duì)象的實(shí)現(xiàn)25封裝類名1屬性操作（服務(wù)）類名2屬性操作（服務(wù)）封裝類名1類名226封裝？

目的：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏，可以實(shí)現(xiàn)模塊化。以錄音機(jī)為例，錄音機(jī)上有若干鍵，這些鍵安裝在表面，通過這些鍵與錄音機(jī)交互，錄音機(jī)的內(nèi)部是隱蔽的，不可見的。這就是封裝的原理。那么如何知道放音按哪個(gè)鍵，停止按哪個(gè)鍵呢？封裝？27是錄音機(jī)的操作說明書告訴我們?nèi)绾尾僮麂浺魴C(jī)的，但操作說明書并不告訴我們錄音機(jī)的內(nèi)部如何去做這些事。操作說明書在錄音機(jī)做什么（whattodo）與怎樣做（howtodo)之間做了明確的區(qū)分。這就是所謂抽象的原理。抽象出來的是做什么，而不關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)這些操作。是錄音機(jī)的操作說明書告訴我們?nèi)绾尾僮麂浺魴C(jī)的，但操作說明書并28在oop中數(shù)據(jù)的封裝：是指將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的一組操作放在一起組成一個(gè)實(shí)體---對(duì)象。數(shù)據(jù)的表示方式和對(duì)數(shù)據(jù)的操作細(xì)節(jié)被隱藏起來，用戶通過操作接口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。對(duì)用戶來說，只要知道如何通過操作接口操作數(shù)據(jù)，而并不知道是如何做的，也不知道數(shù)據(jù)是如何表示的。在oop中數(shù)據(jù)的封裝：是指將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的一組29數(shù)據(jù)的抽象則是通過對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)例的分析，抽取其共同性質(zhì)的結(jié)果。抽象和封裝是互補(bǔ)的，好的抽象有利于封裝，封裝的實(shí)體則幫助維護(hù)抽象的完整性。下面以銀行賬戶類為例：實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)MakeDepositWithdrawTransferbalance;interestYTDowneraccount_numberMakeDepositWithdrawTransfer數(shù)據(jù)的抽象則是通過對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)例的分析，抽取其共同性質(zhì)的結(jié)果。30類的封裝：封裝是把類對(duì)象的狀態(tài)方法封閉起來,形成一個(gè)能動(dòng)的實(shí)體，并提供訪問它們的接口機(jī)制。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言，是把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的操作結(jié)合在一起而構(gòu)成的一個(gè)實(shí)體，封裝在一個(gè)模塊即一個(gè)類內(nèi)。對(duì)象的封裝性減少了程序各部分之間的依賴，使程序復(fù)雜性降低，可靠性提高。類的封裝：封裝是把類對(duì)象的狀態(tài)方法封閉起來,面向?qū)ο?1理解對(duì)象的封裝----------對(duì)象要具有封裝性，應(yīng)該具備的條件：(1).對(duì)象具有一個(gè)清楚的邊界，對(duì)象的私有數(shù)據(jù)、成員函數(shù)的細(xì)節(jié)被封裝在該邊界內(nèi)；(2).具有一個(gè)描述對(duì)象與其它對(duì)象如何相互作用的接口，該接口必須說明消息傳遞的使用方法；(3).對(duì)象內(nèi)部的代碼和數(shù)據(jù)應(yīng)該受到保護(hù)，其它對(duì)象不能直接修改；

對(duì)象的封裝機(jī)制，可以將對(duì)象的使用者和設(shè)計(jì)者分開，使用者只需要知道對(duì)象的接口。封裝的結(jié)果實(shí)際上隱藏了復(fù)雜性，提供了代碼重用性。理解對(duì)象的封裝----------對(duì)象要具有封裝性，應(yīng)該具備32繼承繼承的概念來源現(xiàn)實(shí)生活例如：子女從父母身上繼承了一些特性，血型、種族等，下圖說明了兩個(gè)對(duì)象的繼承關(guān)系：

兩個(gè)對(duì)象的繼承關(guān)系我的父母我繼承繼承的概念來源現(xiàn)實(shí)生活我的父母我33我們?cè)僖詣?dòng)物學(xué)中的動(dòng)物繼承性的研究為例。在圖1.4的繼承鏈中，每個(gè)類繼承了它前一個(gè)類的所有特性。

圖1.4動(dòng)物鏈哺乳動(dòng)物熱血、有毛發(fā)、用奶哺乳幼子狗有犬牙、食肉、特定的骨骼結(jié)構(gòu)、群居柯利狗尖鼻子、身體顏色紅白相間、適合放牧我們?cè)僖詣?dòng)物學(xué)中的動(dòng)物繼承性的研究為例。在圖1.4的繼承鏈中34

對(duì)象從類中創(chuàng)建出來，在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，類具有層次化結(jié)構(gòu)，一個(gè)類的上一層為父類，下一層為子類，子類可以繼承父類的變量方法，且這種繼承具有傳遞性，即一個(gè)類可以繼承上一層和其再上一層的變量、方法。這種可傳遞的繼承性使得下層多個(gè)相似的對(duì)象可以共享上層和其上一層的數(shù)據(jù)和程序代碼。這種代碼共享和代碼可增添的繼承性的特性是C++靈活方便，提高效率。類的繼承：是指新類繼承原有類的全部數(shù)據(jù)、函數(shù)和訪問機(jī)制對(duì)象從類中創(chuàng)建出來，在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，類具有層次35

繼承性是指通過繼承關(guān)系利用已有的類構(gòu)造新類。廣義上說，指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復(fù)定義它們。面向?qū)ο蟀杨惤M成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（類等級(jí)）：一個(gè)類的上層可以有父類，下層可以有子類

父類屬性操作子類繼承來的特性子類的屬性子類的操作類層次——繼承Inheritance繼承性是指通過繼承關(guān)系利用已有的類構(gòu)造新類36類層次——繼承InheritanceMaterialobjectAnimalMammalHumanShopkeeperFloristFlo類層次——繼承InheritanceMaterialob37MaterialObjectsAnimalPlantMammalDogHumanFlowerShopkeeperDoctorFloristFloDentistKentGrandma’sflowerGoophyMaterialObjectsAnimalPlantMam38若類間具有繼承關(guān)系，則它們具有幾個(gè)特性：

⑴類間具有共享特征（包括數(shù)據(jù)和程序代碼的共享）

⑵類間具有差別或新增部分（包括非共享的數(shù)據(jù)和程序代碼）

⑶類間具有層次結(jié)構(gòu)

若類B繼承類A，則屬于類B的對(duì)象具有類A的一切特征（包括數(shù)據(jù)屬性和操作），稱被繼承類A為基類或父類或超類；稱B為類A的派生類或子類。也可說，類B從類A派生而來。

如果類B從類A派生，類C又從類B派生，就構(gòu)成了類的層次。其中，類A是類B的直接基類，是類C的間接基類。類C具有類A和類B的所有特性若類間具有繼承關(guān)系，則它們具有幾個(gè)特性：⑴類間具有共享特征39

繼承機(jī)制允許派生類繼承基類的數(shù)據(jù)和操作（即數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)），允許派生類使用基類的數(shù)據(jù)操作。同時(shí)，派生類還可增加新的操作和數(shù)據(jù)。例如，子女類可從父母類繼承房子和汽車，也可使用房子和汽車，還可對(duì)房子進(jìn)行再裝修。繼承機(jī)制允許派生類繼承基類的數(shù)據(jù)和操作（即數(shù)據(jù)成員和成員40為什么要提供繼承機(jī)制？繼承的作用：

1.避免代碼重復(fù)開發(fā)，減少代碼和數(shù)據(jù)冗余2.通過增強(qiáng)一致性來減少模塊間的接口和界面為什么要提供繼承機(jī)制？繼承的作用：41繼承的分類從繼承源上分：

單繼承：只直接繼承了一個(gè)基類的特征

多繼承：指多個(gè)基類派生出一個(gè)派生類

圖1.5單繼承

圖1.6多繼承窗口文本窗口視圖窗口電動(dòng)車車玩具繼承的分類從繼承源上分：窗口文本窗口視圖窗口電動(dòng)車車玩具42多態(tài)性

多態(tài)性是面向?qū)ο蟮闹匾匦?。是指不同的?duì)象收到相同的消息是產(chǎn)生多種不同的行為方式。例如，我們有一個(gè)窗口（window)類對(duì)象，還有一個(gè)棋子（chessPiece）類對(duì)象，對(duì)它們發(fā)出“移動(dòng)”的消息，“移動(dòng)操作”在window類對(duì)象和chessPiece類對(duì)象上可以有不同的行為。多態(tài)性多態(tài)性是面向?qū)ο蟮闹匾匦?。是指不同的?duì)象收到43C++語言支持的兩種多態(tài)性C++支持編譯時(shí)的多態(tài)性和運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。編譯時(shí)的多態(tài)性通過重載來實(shí)現(xiàn)；運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性通過虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行的程序版本需要在運(yùn)行時(shí)通過對(duì)象發(fā)送的消息來確定。C++語言支持的兩種多態(tài)性C++支持編譯時(shí)