《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)導(dǎo)論》-從抽象到編程 課件 張力生 第7、8章 模板與模板庫(kù)、課程成績(jī)管理應(yīng)用案例

模板與模板庫(kù)《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)導(dǎo)論:從抽象到編程》章節(jié)的內(nèi)容目錄7.1類模板8.2教師錄入成績(jī)的視圖7.1.4類模板的代碼重用7.1.2類模板的聲明7.1.1類模板的概念7.1.3類模板的具體化和實(shí)例化7.1.5類模板的繼承和關(guān)聯(lián)本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠運(yùn)用類、關(guān)聯(lián)等知識(shí)解釋類模板和模板類的概念能夠運(yùn)用預(yù)編譯等知識(shí)解釋類模板的具體化能夠運(yùn)用類的實(shí)例化等知識(shí)解釋模板類的實(shí)例化能夠使用C++聲明、實(shí)現(xiàn)類模板，定義、使用其對(duì)象7.1.1類模板的概念類模板是對(duì)類的抽象，用于描述多個(gè)類的共同屬性和行為。復(fù)數(shù)在數(shù)學(xué)中表示為：a+bi其中，a、b為實(shí)數(shù)，并規(guī)定i2等于-1。classComplex_float{ floata; floatb;};classComplex_double{ doublea; doubleb;};template<classT>classComplex{

Ta;

Tb;};classComplex<float>{ floata; floatb;};classComplex<double>{ doublea; doubleb;};抽象具體化7.1.2類模板的聲明使用類模板不僅可以描述類的屬性，還以描述其他成員函數(shù)。例如，類模板Complex中聲明構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)，并重載賦值、加法和減法運(yùn)算。模板參數(shù)T，當(dāng)成數(shù)據(jù)類型使用【例7.1】類模板Complex//ComplexApp.cpp#include<iostream>#include<iomanip>usingnamespacestd;

template<classT>classComplex//聲明一個(gè)類模板,有一個(gè)模板參數(shù)T{public: Complex(){}; Complex(Tx,Ty)//其中T為模板參數(shù),作為數(shù)據(jù)類型使用 { a=x; b=y; }; ~Complex(){}; Complex(constComplex&complex){ a=complex.a; b=complex.b; }; Complex&operator=(constComplex&complex) { a=complex.a; b=complex.b; return*this; }; Complexoperator+(constComplex&complex)const { Complexrt(a,b); rt.a+=complex.a; rt.b+=complex.b; returnrt; }; Complexoperator-(constComplex&complex)const { Complexrt(a,b); rt.a-=complex.a; rt.b-=complex.b; returnrt; }; voiddiplay()const { cout<<setprecision(10)<<a<<"+"<<b<<"i"; }private:

Ta;//其中T為模板參數(shù),作為數(shù)據(jù)類型使用

Tb;};模板參數(shù)T，當(dāng)成數(shù)據(jù)類型使用【例7.1】類模板Complexvoidf1(){ floatx=3.0;

Complex<float>

c,a(1.2,2+1/x),b(3.4,5); c=a+b; cout<<endl<<"float："; a.diplay(); cout<<"+"; b.diplay(); cout<<"="; c.diplay();}voidf2(){ doublex=3.0;

Complex<double>

c,a(1.2,2+1/x),b(3.4,5); c=a+b; cout<<endl<<"double："; a.diplay(); cout<<"+"; b.diplay(); cout<<"="; c.diplay();}voidmain(){ f1(); f2(); f3();}voidf3(){ intx=3;

Complex<int>

c,a(1.2,2+1/x),b(3.4,5); c=a+b; cout<<endl<<"int："; a.diplay(); cout<<"+"; b.diplay(); cout<<"="; c.diplay();}具體化出三個(gè)模板類：Complex<float>，Complex<double>，Complex<int>7.1.3具體化和實(shí)例化編譯器編譯類模板的工作非常復(fù)雜，但可簡(jiǎn)單分為具體化和實(shí)例化兩個(gè)過(guò)程。類模板到模板類的變換過(guò)程稱為類模板的具體化(classtemplatespecialization)，有時(shí)也將變換得到的模板類稱為類模板的具體類（specializationofclasstemplate）。模板類到對(duì)象的變換過(guò)程稱為類模板的實(shí)例化(classtemplateinstantiation)。例如，編譯語(yǔ)句Complex<float>c,a(1.2,2+1/x),b(3.4,5)過(guò)程中，先將類模板Complex具體化為模板類Complex<float>，然后再將模板類Complex<float>編譯為可執(zhí)行代碼，最后創(chuàng)建對(duì)象c、a、b?！纠?.2】模板類Complex<float>的代碼(具體化)classComplex<float> //聲明Complex的一個(gè)模板類{public: Complex<float>(){}; Complex<float>(floatx,floaty){ a=x; //使用float上的賦值運(yùn)算 b=y; }; ~Complex<float>(){}; Complex<float>(constComplex<float>&complex){ a=complex.a; b=complex.b; }; Complex<float>&operator=(constComplex<float>&complex) { a=complex.a; b=complex.b; return*this; }; Complex<float>operator+(constComplex<float>&complex)const { Complex<float>rt(a,b); //創(chuàng)建模板類的對(duì)象 rt.a+=complex.a; //使用float上的加法運(yùn)算 rt.b+=complex.b; returnrt; }; Complex<float>operator-(constComplex<float>&complex)const { Complex<float>rt(a,b); rt.a-=complex.a; //使用float上的減法運(yùn)算 rt.b-=complex.b; returnrt; }; voiddiplay()const { cout<<setprecision(10)<<a<<"+"<<b<<"i"; }private:

floata; floatb;};將模板類Complex代碼中的模板參數(shù)T替換為數(shù)據(jù)類型float，也使用模板類的名稱Complex<float>替換了代碼中的類模板名Complex。實(shí)例化：Complex<float>模板類及其對(duì)象Complex<float>(floatx,floaty){ a=x;//使用float上的賦值運(yùn)算 b=y;};7.1.4類模板的代碼重用//Complex_h#pragma

once#if!defined(__template_Complex_h)#define

__template_Complex_h

#include

<iostream>#include

<iomanip>using

namespacestd;

template<class

T>class

Complex{public: Complex(); Complex(Tx,Ty); ~Complex(); Complex(const

Complex&complex);

Complex&operator=(const

Complex&complex);

Complexoperator+(const

Complex&complex)const;

Complexoperator-(const

Complex&complex)const;

voiddiplay()const;private:

Ta;

Tb;};template<class

T>Complex<T>::Complex(){};template<class

T>Complex<T>::Complex(T

x,T

y){ a=x; b=y;};template<class

T>Complex<T>::~Complex(){};template<class

T>Complex<T>::Complex(const

Complex<T>&complex){ a=complex.a; b=complex.b;};template<class

T>Complex<T>Complex<T>::operator+(const

Complex<T>&complex)const{

Complex<T>rt(a,b); rt.a+=complex.a; rt.b+=complex.b;

returnrt;};template<class

T>Complex<T>&Complex<T>::operator=(const

Complex<T>&complex){ a=complex.a; b=complex.b;

return*this;};template<class

T>Complex<T>Complex<T>::operator-(const

Complex<T>&complex)const{

Complex<T>rt(a,b); rt.a-=complex.a; rt.b-=complex.b;

returnrt;};template<class

T>void

Complex<T>::diplay()const{ cout<<setprecision(10)<<a<<"+"<<b<<"i";}typedef

Complex<float>Complexfloat;#endif確保只引入#include一次（聲明和實(shí)現(xiàn)代碼）【例7.3-4】類模板Complex的聲明和實(shí)現(xiàn)代碼【例7.5】使用類模板Complex//Complexapp1.cpp#include"Complex.h"http://引入類模板

#include<iostream>usingnamespacestd;voidmain(){

Complex<float>c,a(1.2,2.3),b(3.4,5 c=a-b

)

;//編譯器自動(dòng)生成一個(gè)模板類Complex<float> a.diplay(); cout<<"+"; b.diplay(); cout<<"="; c.diplay();}使用多源文件結(jié)構(gòu)時(shí)，可不可能為Complex生成多個(gè)目標(biāo)代碼？7.1.5類模板的繼承和關(guān)聯(lián)描述其模板類之間的繼承和關(guān)聯(lián)【例7.6】類模板中聲明繼承和關(guān)聯(lián)//template.h#include

<iostream>using

namespacestd;

template<class

T>class

Parent{public: Parent(T

d){parentData=d;};

voiddisplay(){cout<<"Parent:"<<parentData<<endl;}protected:

TparentData;};template<class

T>class

classTemplate{public: classTemplate(T

d){data=d;}

voiddisplay(){cout<<"classTemplate:"<<data<<endl;}protected:

Tdata;};template<class

T1,class

T2>class

Child

:public

Parent<T1>{public: Child(T1

d1,T2

d2,float

d3):Parent<T1>(d1),attributeT(d2),attribute(d3) {}; voiddisplay(){ cout<<"Child:"<<endl;

Parent<T1>::display(); attributeT.display(); attribute.display(); }protected:

classTemplate<T2>attributeT;

classTemplate<float>attribute;};//templateApp.cpp#include

"template.h"

intmain(){

Child<char,int>c('a',2,5.5); c.display();

return0;}將模板類當(dāng)成類來(lái)使用！！練習(xí)寫(xiě)出模板類Complex<double>的聲明代碼和實(shí)現(xiàn)代碼。Complex<double>d(1.2,3.4)，使用對(duì)象圖描述對(duì)象d的邏輯結(jié)構(gòu)參考7.1.3類模板的具體化和實(shí)例化中的方法總結(jié)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)思維：對(duì)類進(jìn)行再次抽象(抽象思維)設(shè)計(jì)：類模板及其關(guān)聯(lián)、繼承，模板類參數(shù)、模板類編碼：類模板的聲明和實(shí)現(xiàn)，其對(duì)象的定義和使用調(diào)試：類模板的具體化、實(shí)例化7.2使用模板編程的方法進(jìn)一步學(xué)習(xí)第7章模板與模板庫(kù)7.2使用模板編程的方法8.2教師錄入成績(jī)的視圖7.2.2冒泡排序模板7.2.1動(dòng)態(tài)數(shù)組類模板7.2.3編程中需要注意的問(wèn)題學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠使用類模板存儲(chǔ)和管理多個(gè)數(shù)據(jù)(容器)能夠使用函數(shù)模板描述通用算法7.2.1動(dòng)態(tài)數(shù)組類模板使用myArray<Wheel>管理wheel1.聲明類模板myArray【例7.7】類模板myArray//myArray.htemplate<class

T>class

myArray{public: myArray(int

n){ pElement=new

T[n];

if(pElement) size=n;

else size=0; } ~myArray(){

if(pElement)

delete[]pElement; } myArray(myArray&oldMyArray){

for(inti=0;i<size;i++)

//使用賦值運(yùn)算拷貝數(shù)組元素中的數(shù)據(jù) pElement[i]=oldMyArray[i]; }

T&operator[](int

index){

returnpElement[index]; };private:

T*pElement;

intsize;};將“模板參數(shù)”當(dāng)成“數(shù)據(jù)類型”來(lái)使用2.使用類模板myArray//CarApp.cpp#include

"myArray.h"

//引入動(dòng)態(tài)數(shù)組的類模板

#include

<iostream>using

namespacestd;class

Motor{public: Motor(int

sn,float

fPower){ serialNumber=sn; power=fPower; }

voidprint(){ cout<<serialNumber<<","<<power; }private:

intserialNumber;//產(chǎn)品序列號(hào)

floatpower;//發(fā)動(dòng)機(jī)的排量};

class

Wheel{public: Wheel(){};//創(chuàng)建車輪的數(shù)組時(shí)會(huì)調(diào)用這個(gè)無(wú)參的構(gòu)造函數(shù) Wheel(int

sn,float

fSize){ serialNumber=sn; size=fSize; }

voidprint(){ cout<<serialNumber<<","<<size; }

Wheel&operator=(Wheel&t){//拷貝構(gòu)造函數(shù)中使用賦值運(yùn)算 serialNumber=t.serialNumber; size=t.size;

return*this; }private:

intserialNumber;//產(chǎn)品序列號(hào)

floatsize;//車輪大小};class

Car{public:

Car():wheel(4){}//通知模板類myArray<Wheel>為4個(gè)車輪分配內(nèi)存

Motor&set(Motor&depart){

Motor&rt=*motor; motor=&depart;

returnrt; }

Wheel&set(Wheel&depart,int

position){

Wheel&rt=wheel[position]; wheel[position]=depart;

returnrt; }

voidprint(){ cout<<"汽車\t發(fā)動(dòng)機(jī)："; motor->print(); cout<<"\t\t車輪：";

for(inti=0;i<4;i++){ wheel[i].print(); cout<<"|"; } cout<<endl; }private:

myArray<Wheel>wheel;

Motor*motor;};【例7.8】

使用模板類myArray<Wheel>存儲(chǔ)和管理4個(gè)車輪對(duì)象將“模板類”當(dāng)成“類”來(lái)使用voidmain(){

Carcar;

//裝配發(fā)動(dòng)機(jī)

Motor*m=new

Motor(123,1.6);//創(chuàng)建一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)象 car.set(*m);

//裝配4個(gè)車輪

for(inti=0;i<4;i++){

Wheelw(201+i,10);//創(chuàng)建了車輪對(duì)象，執(zhí)行4次，創(chuàng)建了4個(gè) car.set(w,i); } car.print();

deletem;//創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)象}使用對(duì)象圖描述car的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.容器的概念容器類：數(shù)組、棧、隊(duì)列、樹(shù)等很多經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容器：用于存儲(chǔ)和管理對(duì)象7.2.2冒泡排序模板容器類用于存儲(chǔ)和管理代表客觀事物的對(duì)象，相當(dāng)于集合，對(duì)象相當(dāng)于集合中的元素，可以進(jìn)行查找、排序等各種操作。1.函數(shù)模板的概念2.聲明冒泡排序函數(shù)模板3.復(fù)數(shù)排序1.函數(shù)模板的概念#include

"complex.h"

//交換兩個(gè)對(duì)象值的函數(shù)模板template<class

T>voidmySwap(T&a,T&b){

Ttemp=a;

a=b;

b=temp;}voidmain(){

inta=1,b=2; mySwap(a,b);//調(diào)用函數(shù)的原型mySwap(int,int)

Complex<int>c(1,2),d(3,4);//

調(diào)用函數(shù)的原型mySwap(Complex<int>,Complex<int>) mySwap(c,d);}具體化為兩個(gè)函數(shù)：mySwap(int,int)mySwap(Complex<int>,Complex<int>)2.聲明冒泡排序函數(shù)模板#include

<iostream>using

namespacestd;

template<class

T>boolascending(T&a,T&b){

return(a>b?true:false);}template<class

T1,class

T2>

voidbubble(T1&a,int

size,bool(*fp)(T2&a,T2&b))//冒泡排序{

inti;

T2temp;

for(intpass=1;pass<size;pass++){//共比較size-1輪

for(i=0;i<size-pass;i++){//一輪比較

if(fp(a[i],a[i+1])){ temp=a[i];

a[i]=a[i+1];

a[i+1]=temp; } } }}template<class

T1,class

T2>voidprint(T1&array,int

len){

for(inti=0;i<len;i++) cout<<(T2)array[i]<<","; cout<<endl;}【例7.10】

冒泡排序函數(shù)模板3.復(fù)數(shù)排序//Complex.htemplate<class

T>boolComplex<T>::operator>(constComplex<T>&complex)const{

boolrt;

//比較兩個(gè)復(fù)數(shù)的模，但沒(méi)有開(kāi)平方

if(a*a+b*b>complex.a*complex.a+complex.b*complex.b) rt=true;

else rt=false;

returnrt;};template<class

T>ostream&operator<<(ostream&out,Complex<T>&x){

x.display(out);

return

out;}【例7.11】

重載類模板Complex的比較和插入運(yùn)算【例7.12】復(fù)數(shù)排序#include

"complex.h"#include

"myArray.h"#include

"sort.h"#include

<iostream>using

namespacestd;typedefComplex<int>ComplexlSpecialization;voidmain(){

floatarray[]={55,2.5,6,4,32.8,12,9,73.5,26,37};

intlen=sizeof(array)/sizeof(int);//元素個(gè)數(shù)

cout<<endl<<"****數(shù)排序****"<<endl;

myArray<float>array1(len);

//初始化數(shù)組元素

for(inti=0;i<len;i++){ array1[i]=array[i]; }

print<myArray<float>,float>(array1,len); cout<<"升序排序"<<endl;

bubble<myArray<float>,float>(array1,len,ascending);//按升序排序 print<myArray<float>,float>(array1,len);

cout<<endl<<"****復(fù)數(shù)排序****"<<endl; myArray<ComplexlSpecialization>array2(len);

//初始化數(shù)組元素 array2[0]=ComplexlSpecialization(0,array[1]);

for(inti=1;i<len;i++){ array2[i]=ComplexlSpecialization(array[i-1],array[i]); } print<myArray<ComplexlSpecialization>,ComplexlSpecialization>(array2,len); cout<<"升序排序"<<endl;

bubble<myArray<ComplexlSpecialization>,ComplexlSpecialization>(array2,len,ascending); print<myArray<ComplexlSpecialization>,ComplexlSpecialization>(array2,len);}7.2.3編程中需要注意的問(wèn)題（1）設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)類時(shí)，應(yīng)通過(guò)構(gòu)造函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)賦予其對(duì)象管理內(nèi)部數(shù)據(jù)的能力，重載賦值運(yùn)算，賦予其對(duì)象參與計(jì)算的基礎(chǔ)能力，重載插入和提取運(yùn)算，以方便使用流類進(jìn)行輸入輸出。（2）對(duì)象參與計(jì)算的能力，是代碼重用的前提，也是代碼質(zhì)量的基礎(chǔ)（3）類越基礎(chǔ)越底層，其對(duì)象參與計(jì)算的能力就應(yīng)越強(qiáng)。上機(jī)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題練習(xí)設(shè)計(jì)使用模板類myArray<Wheel>存儲(chǔ)和管理4個(gè)車輪對(duì)象，并完善所有的類，最終設(shè)計(jì)出類圖。編碼綜合運(yùn)用前面所學(xué)編程知識(shí)，根據(jù)類圖進(jìn)行編碼。在IDE中直接編碼，如出現(xiàn)錯(cuò)誤，回去完善設(shè)計(jì)調(diào)試出現(xiàn)錯(cuò)誤，回去完善設(shè)計(jì)，重新編碼。不斷迭代，直到調(diào)試通過(guò)。圖3.19汽車及其部件參照7.2中的方法，針對(duì)右圖重新做設(shè)計(jì)，并編碼實(shí)現(xiàn)。總結(jié)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析設(shè)計(jì)：使用模板管理數(shù)據(jù)(容器類)，描述通用算法編碼調(diào)試：綜合運(yùn)用，要求高、難度大7.3標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL）進(jìn)一步學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)：使用模板描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的基本原理和編程方法章節(jié)的內(nèi)容目錄標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)和持久化對(duì)象8.2教師錄入成績(jī)的視圖7.4.2以文本方式持久化對(duì)象7.3.2流類（Stream）

7.3.1容器類（Container）7.4.1輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)7.4.3以二進(jìn)制方式持久化對(duì)象學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠查閱標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)的說(shuō)明文檔(MSDN)能夠讀懂常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的說(shuō)明，讀懂其示例代碼能夠使用IO流實(shí)現(xiàn)對(duì)象的持久化7.3標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL）C++

標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)模板庫(kù)，稱為標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)

(StandardTemplateLibrary，簡(jiǎn)稱為STL)。標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)提供了常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，功能豐富，但也涉及到大量編程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，以及海量的技術(shù)細(xì)節(jié)，編程過(guò)程中務(wù)必學(xué)會(huì)查閱標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)的參考手冊(cè)，并養(yǎng)成隨時(shí)查閱的習(xí)慣。7.3.1容器類（Container）STL中，將常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝為類模板，程序員依據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)念惸０宥x容器，用于管理程序中的對(duì)象名稱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)頭文件字符串（string）字符數(shù)組，C++風(fēng)格的字符串string向量（vector）動(dòng)態(tài)大小的數(shù)組vector雙向隊(duì)列（deque）雙向隊(duì)列deque棧（stack）棧stack隊(duì)列（queue）隊(duì)列queue鏈表（list）鏈表list集合（set）二叉樹(shù)，無(wú)重復(fù)元素set多重集合（multiset）二叉樹(shù)，允許重復(fù)元素set映射（map）二叉樹(shù)，無(wú)重復(fù)鍵值的鍵值樹(shù)map多重映射（multimap）二叉樹(shù)，允許有重復(fù)鍵值的鍵值樹(shù)map7.3.1容器類（Container）字符串string是C++風(fēng)格的字符串，封裝了一個(gè)動(dòng)態(tài)字符數(shù)組。string中封裝了插入insert、刪除delete、拷貝copy、替換replace、查找find等操作。向量vector封裝了一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組，不僅能夠動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，還提供了增加元素和減少元素的功能。

示例代碼參考教材。7.3.2流類（Stream）C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)中，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備、文件、字符串等不同場(chǎng)景提供了多個(gè)流類。類ios是基類，派生出輸入流istream和輸出流ostream，針對(duì)文件再派生出輸入文件流ifstream和輸出文件流ofstream，針對(duì)字符串派生出輸入串流istringstream和輸入串流ostringstream。

示例代碼參考教材。7.3.2流類（Stream）C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)中，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備、文件、字符串等不同場(chǎng)景提供了多個(gè)流類。類ios是基類，派生出輸入流istream和輸出流ostream，針對(duì)文件再派生出輸入文件流ifstream和輸出文件流ofstream，針對(duì)字符串派生出輸入串流istringstream和輸出串流ostringstream。

示例代碼參考教材。查閱標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)的文檔(MSDN)查閱隨機(jī)文檔(MSDN)讀懂詳細(xì)說(shuō)明(可借助字典軟件)讀懂示例代碼(針對(duì)性非常強(qiáng))7.4應(yīng)用舉例：持久化對(duì)象持久化對(duì)象指將對(duì)象中的內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到能長(zhǎng)久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或邏輯設(shè)備上，如轉(zhuǎn)儲(chǔ)到硬盤中的文件，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)，甚至采用云存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)到云端。7.4.1輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)7.4.2以文本方式持久化對(duì)象7.4.3以二進(jìn)制方式持久化對(duì)象7.4.1輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)istream&Student::input(istream&in){

if(!(in>>studentID))//判斷條件等價(jià)于in.fail() cerr<<"讀入學(xué)號(hào)錯(cuò)誤！"<<endl;

else

if(!(in>>name)) cerr<<"讀入姓名錯(cuò)誤！"<<endl;

return

in;}ostream&Student::output(ostream&out){

out<<studentID<<"\t"<<name<<endl;

return

out;}ostream&operator<<(ostream&out,StudentBase&x){

return

x.output(out);}istream&operator>>(istream&in,StudentBase&x){

return

x.input(in);}重載了基類StudentBase的插入和提取兩個(gè)運(yùn)算。Student中重寫(xiě)了input和output兩個(gè)純函數(shù)。【例7.25】使用文本流輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)7.4.2以文本方式持久化對(duì)象//app.cpp#include<string>#include<iostream>#include

<fstream>#include<vector>using

namespacestd;#include

"Student.h"

intreadData(vector<Student>&st,constchar*pFile="student.txt"){

ifstreamifs(pFile);

Students;

intcnt=0;

while(ifs>>s){//判斷條件等價(jià)于!ofs.fail()

st.push_back(s); cnt++; } ifs.close();//關(guān)閉文件

returncnt;}intwriteData(vector<Student>&st,char*pFile="student.txt"){

ofstreamofs(pFile,ios::out|ios_base::binary);

intcnt=0;

for(vector<Student>::iteratorit=st.begin();it!=st.end();it++){

if(!(ofs<<*it))

break; cnt++; } ofs.close();//關(guān)閉文件

returncnt;}【例7.26】

按照文本方式持久化Student對(duì)象通過(guò)重載插入和提取兩個(gè)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)，然后就可以使用輸入輸出流持久化學(xué)生對(duì)象，逐個(gè)讀取，增加到向量，存儲(chǔ)到文件7.4.2以文本方式持久化對(duì)象voidmain(){

vector<Student>st;

intcnt=0; cnt=readData(st); cout<<"讀取了"<<cnt<<"條數(shù)據(jù)"<<endl;

cnt=writeData(st,"student.dat"); cout<<"保存了"<<cnt<<"條數(shù)據(jù)"<<endl;}讀入學(xué)號(hào)錯(cuò)誤！讀取了33條數(shù)據(jù)保存了33條數(shù)據(jù)

【例7.26】輸出結(jié)果

7.4.3以二進(jìn)制方式持久化對(duì)象//Student.h/*********************StudentB************************/class

StudentB:publicStudentBase{public: StudentB(); StudentB(constStudent&old);

virtualistream&input(istream&in);

virtualostream&output(ostream&out);};

//Student.cpp/*********************StudentB************************/StudentB::StudentB(){};StudentB::StudentB(constStudent&old):StudentBase(old){};

istream&StudentB::input(istream&in){

charlen=0; //用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)姓名的長(zhǎng)度

char*pBuf=NULL;

in.read((char*)&studentID,sizeofstudentID);

if(in)

in.read((char*)&len,sizeoflen);//讀取1個(gè)字節(jié)

if(in) pBuf=new

char[len];

if(pBuf)

in.read(pBuf,len);

if(in) name=string(pBuf);

return

in;}ostream&StudentB::output(ostream&out){

charlen=name.length()+1;//用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)姓名的長(zhǎng)度

out.write((char*)&studentID,sizeofstudentID);

if(out)

out.write((char*)&len,sizeoflen);//寫(xiě)入1個(gè)字節(jié)

if(out)

out.write((char*)name.data(),len);

return

out;}【例7.27】使用二進(jìn)制流輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)StudentB中重寫(xiě)了input和output兩個(gè)純函數(shù)。7.4.3以二進(jìn)制方式持久化對(duì)象//app.cpp#include<string>#include

<fstream>#include<iostream>#include<vector>using

namespacestd;

#include

"Student.h"template<classT>intreadData(vector<T>&st,char*pFile="student.txt"){

ifstreamifs(pFile);

Ts;

intcnt=0;

while(ifs>>s){//判斷條件等價(jià)于!ofs.fail()

st.push_back(s); cnt++; } ifs.close();//關(guān)閉文件

returncnt;

}template<classT>intwriteData(vector<T>&st,char*pFile="student.txt"){

ofstreamofs(pFile,ios::out|ios_base::binary);

intcnt=0;

for(vector<T>::iteratorit=st.begin();it!=st.end();it++){

if(!(ofs<<*it))

break; cnt++; } ofs.close();//關(guān)閉文件

returncnt;}改寫(xiě)為函數(shù)模板7.4.3以二進(jìn)制方式持久化對(duì)象voidmain(){

vector<Student>st; intcnt=0; cnt=readData(st); cout<<"從文本文件讀取了"<<cnt<<"條數(shù)據(jù)"<<endl;

vector<StudentB>stb; for(vector<Student>::iteratorit=st.begin();it!=st.end();it++) stb.push_back(StudentB(*it));

cnt=writeData(stb,"studentb.dat"); cout<<"保存了"<<cnt<<"條數(shù)據(jù)到二進(jìn)制文件"<<endl;

cnt=readData(stb,"studentb.dat"); cout<<"從二進(jìn)制文件讀取了"<<cnt<<"條數(shù)據(jù)"<<endl;}每個(gè)類負(fù)責(zé)自己數(shù)據(jù)的輸入輸入。練習(xí)

調(diào)試通過(guò)【例7.27】中的代碼跟蹤程序的執(zhí)行過(guò)程，并使用時(shí)序圖描述。運(yùn)用模板、多態(tài)、重載等前面所知識(shí)向其他人講解執(zhí)行的流程要求對(duì)照時(shí)序圖和代碼講解針對(duì)【例7.27】

使用二進(jìn)制流輸入輸出對(duì)象中的數(shù)據(jù)本節(jié)總結(jié)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)自學(xué)能力：找到并能讀懂STL的文檔(MSDN)分析設(shè)計(jì)：容器、流，持久化技術(shù)編碼調(diào)試：讀懂文檔中的示例代碼并能改寫(xiě)第8章課程成績(jī)管理應(yīng)用案例進(jìn)一步學(xué)習(xí)THANKS《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)導(dǎo)論：從抽象到編程》第7章課程成績(jī)管理（分析設(shè)計(jì)）《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)導(dǎo)論:從抽象到編程》章節(jié)的內(nèi)容目錄8課程成績(jī)管理應(yīng)用案例（1）8.2教師錄入成績(jī)的視圖8.3屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示8.2教師錄入成績(jī)的視圖8.1場(chǎng)景分析本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠綜合運(yùn)用本書(shū)中的知識(shí)分析設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際應(yīng)用軟件能夠綜合運(yùn)用面向?qū)ο笾R(shí)解釋分析設(shè)計(jì)的步驟及任務(wù)能夠針對(duì)每個(gè)步驟選擇適當(dāng)?shù)腢ML工具來(lái)表達(dá)分析設(shè)計(jì)的過(guò)程及成果8.1場(chǎng)景分析課程成績(jī)管理系統(tǒng)的相關(guān)人員及其期望教師期望錄入成績(jī)學(xué)生期望查詢成績(jī)教學(xué)管理教師期望對(duì)成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以評(píng)價(jià)教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師、學(xué)生和教學(xué)管理教師在處理課程成績(jī)過(guò)程中，還要從教務(wù)系統(tǒng)中獲取教師、學(xué)生和課程，以及課程安排等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

管理課程成績(jī)的過(guò)程中，主要涉及教師、學(xué)生和教學(xué)管理教師，每類人員對(duì)課程成績(jī)管理系統(tǒng)有不同的期望。

從這些期望中獲取系統(tǒng)的需求，推導(dǎo)出系統(tǒng)的功能8.1場(chǎng)景分析

分析課程的組織實(shí)施場(chǎng)景，可發(fā)現(xiàn)學(xué)生、教師、教學(xué)管理教師、教學(xué)班、課程、課程成績(jī)、任課教師、教授課程、成績(jī)表、修讀學(xué)生、考試、考試成績(jī)、選課、及格、不及格、錄入、查詢等概念。排除不相關(guān)的概念合并相同的概念刪除重復(fù)術(shù)語(yǔ)找到課程成績(jī)管理中涉及的主要概念及其相互關(guān)系學(xué)校以教學(xué)班的形式組織課程教學(xué)每個(gè)教學(xué)班講授一門課程，安排一名教師授課，這名教師稱為任課教師（或主講教師）。每個(gè)教學(xué)班有多個(gè)學(xué)生聽(tīng)課，這些學(xué)生稱為修讀學(xué)生。課程教學(xué)結(jié)束后，每名任課教師給本教學(xué)班中的每名修讀學(xué)生評(píng)定一個(gè)課程成績(jī)，形成這個(gè)教學(xué)班的成績(jī)表，并錄入到課程成績(jī)管理系統(tǒng)。每名學(xué)生能夠查詢所有已修讀課程的成績(jī)，并形成自己的課程成績(jī)表。教學(xué)管理教師也是教師，每名教學(xué)管理教師能夠查詢每個(gè)教學(xué)班的任課教師和教授的課程，也能夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果。8.1場(chǎng)景分析課程成績(jī)管理中涉及的主要概念（教學(xué)班、教師、課程、學(xué)生、課程成績(jī)、教學(xué)管理教師）及其相互關(guān)系。多個(gè)教學(xué)班對(duì)應(yīng)一門課程8.2教師錄入成績(jī)的視圖教師使用課程成績(jī)管理系統(tǒng)的目的是錄入成績(jī)，主要關(guān)心的是課程成績(jī)、學(xué)生及教學(xué)班。從教師的角度調(diào)整課程成績(jī)管理的關(guān)系視圖。去掉涉及不到的事物按照與錄入成績(jī)的緊密程度進(jìn)行調(diào)整8.2教師錄入成績(jī)的視圖將視圖中的概念視為“類”，將概念的外延包含的事物視為類的對(duì)象Teacher類GradeOfCourse類Student類Course類TeachingClass類8.3屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示將概念的內(nèi)涵抽象出屬性，本案例可使用前人在長(zhǎng)期教學(xué)組織管理的過(guò)程總結(jié)抽象的屬性。

其中“編號(hào)”類屬性（學(xué)號(hào)、教師編號(hào)、教學(xué)班編號(hào)、課程編號(hào)）叫標(biāo)識(shí)屬性，其作用為：屬性值用于唯一標(biāo)識(shí)對(duì)象使用這些屬性表示類之間的關(guān)聯(lián)8.3屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示對(duì)象的標(biāo)識(shí)和關(guān)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)將教師錄入成績(jī)視圖進(jìn)行調(diào)整，加入類屬性，到學(xué)生和教師的聚合關(guān)聯(lián)調(diào)整為一般關(guān)聯(lián)（它們是使用標(biāo)識(shí)屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)），加入ManagerOfGrade類用來(lái)管理教學(xué)班。8.3屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示對(duì)象屬性course表示到Course類的多對(duì)一聚合關(guān)聯(lián)容器屬性gradeTbl表示到GradeOfCourse類的一對(duì)多組合關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)屬性studentID表示到Student類的一對(duì)一一般關(guān)聯(lián)容器屬性studentTbl表示到Student類的多對(duì)多一般關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)屬性teacherNo表示到Teacher類的多對(duì)一一般關(guān)聯(lián)（分析設(shè)計(jì)一般采用自頂向下的順序）練習(xí)場(chǎng)景分析使用用例圖分析相關(guān)人員及其根本期望使用類圖分析其中的主要事物及其關(guān)系教師錄入成績(jī)的視圖涉及到的部分事物及其關(guān)系屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示使用類的屬性描述事物（設(shè)計(jì)）使用類的屬性表示事物的關(guān)系（設(shè)計(jì)）按照如下的步驟，圍繞用例“教師錄入成績(jī)”重新做分析設(shè)計(jì)圍繞用例“學(xué)生查詢成績(jī)”重新做分析設(shè)計(jì)總結(jié)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)思維：概念抽象分析設(shè)計(jì)中的要素過(guò)程：分析設(shè)計(jì)的步驟及任務(wù)方法：每個(gè)步驟中所采用的方法工具：每個(gè)步驟中所選用的工具(圖)8.4-9課程成績(jī)管理（編碼實(shí)現(xiàn)）進(jìn)一步學(xué)習(xí)場(chǎng)景分析使用用例圖分析相關(guān)人員及其根本期望使用類圖分析其中的主要事物及其關(guān)系教師錄入成績(jī)的視圖涉及到的部分事物及其關(guān)系屬性的抽象和關(guān)聯(lián)的表示使用類的屬性描述事物（設(shè)計(jì)）使用類的屬性表示事物的關(guān)系（設(shè)計(jì)）章節(jié)的內(nèi)容目錄8.1場(chǎng)景分析第8章課程成績(jī)管理(編碼實(shí)現(xiàn))8.4-8.5相關(guān)關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)8.6錄入成績(jī)的實(shí)現(xiàn)8.7學(xué)生查詢成績(jī)的實(shí)現(xiàn)8.8進(jìn)一步努力方向8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)8.5一對(duì)多關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)8.6錄入成績(jī)的實(shí)現(xiàn)8.7學(xué)生查詢成績(jī)8.8進(jìn)一步努力方向8.9程序員成才之路學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠綜合運(yùn)用本書(shū)中的編程技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案能夠使用C++語(yǔ)言編碼實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案能夠綜合運(yùn)用本書(shū)中的編程知識(shí)解釋實(shí)現(xiàn)方案及其編程方法8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)一般應(yīng)按照與箭頭相反的方向編寫(xiě)類的代碼，并實(shí)現(xiàn)從這個(gè)類發(fā)出的關(guān)聯(lián)。先編寫(xiě)Teacher、Course和Student三個(gè)類，再依次編寫(xiě)GradeOfCourse、TeachingClass，最后編寫(xiě)ManagerOfGrade（編碼實(shí)現(xiàn)按照自底向上的順序）。8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)使用標(biāo)識(shí)屬性編碼實(shí)現(xiàn)多對(duì)一和一對(duì)一關(guān)聯(lián)課程成績(jī)GradeOfCourse的職責(zé)負(fù)責(zé)管理成績(jī)grade負(fù)責(zé)維護(hù)到一個(gè)學(xué)生Student對(duì)象的連接8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)/*****使用成員函數(shù)訪問(wèn)標(biāo)識(shí)屬性****/intStudentBase::getStudentID(){returnstudentID;}voidStudentBase::setStudentID(int

newStudentID){ studentID=newStudentID;}/*****重載比較運(yùn)算：用于排序****/boolStudentBase::operator==(constStudentBase&b)const{returnstudentID==b.studentID;}boolStudentBase::operator>(constStudentBase&b)const{returnstudentID>b.studentID;}boolStudentBase::operator<(constStudentBase&b)const{returnstudentID<b.studentID;}/*****重載類型轉(zhuǎn)換int：用于按studentID查找****/StudentBase::operator

int(){ returnstudentID;}【例8.1】

學(xué)生StudentBase中排序和查找所需的運(yùn)算和成員函數(shù)8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)#include

<algorithm>//Forsort()//省略后面的頭文件

/*****使用成員函數(shù)訪問(wèn)屬性****/floatGradeOfCourse::getGrade(void){returngrade;}voidGradeOfCourse::setGrade(float

newGrade){//增加檢驗(yàn)功能

if(newGrade>100||newGrade<0){ grade=-1; cerr<<"成績(jī)超出范圍："<<newGrade<<endl; }

else grade=newGrade;}StudentGradeOfCourse::getStudent(vector<Student>&StudentTbl){

vector<Student>::iteratorit=find(begin(StudentTbl),end(StudentTbl),studentID);

if(it==StudentTbl.end()){ cerr<<"沒(méi)有連接到學(xué)生，創(chuàng)建失敗?。。?<<studentID<<endl; Student*p=NULL;

return(*p); }

else

return*it;}【例8.2】課程成績(jī)GradeOfCourse中存取連接的學(xué)生對(duì)象8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)課程成績(jī)GradeOfCourse類的成員函數(shù)：setStudentintGradeOfCourse::setStudent(intnewStudentID,vector<Student>&StudentTbl){ vector<Student>::iteratorit=find(begin(StudentTbl),end(StudentTbl),newStudentID);

if(it==StudentTbl.end()){ studentID=0;//沒(méi)有找到學(xué)生 cerr<<"沒(méi)有連接到學(xué)生，創(chuàng)建失敗?。?<<newStudentID<<endl; }

else studentID=newStudentID;

return

studentID}intGradeOfCourse::setStudent(Student&newStudent,vector<Student>&StudentTbl){ vector<Student>::iteratorit=find(begin(StudentTbl),end(StudentTbl),newStudent.getStudentID());

if(it==StudentTbl.end()){ cerr<<"沒(méi)有找到學(xué)生："<<newStudent.getStudentID()<<endl; studentID=0; }

else studentID=newStudent.getStudentID();

return

studentID}8.4多對(duì)一關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)#include

<algorithm>

//Forsort()#include

<functional>

//Forgreater<int>()//省略后面的頭文件

voidmain(){ vector<Student>st;

intcnt=readData(st); cout<<"成功讀取"<<cnt<<"個(gè)學(xué)生的信息"<<endl;

cout<<"對(duì)學(xué)生信息按學(xué)號(hào)降序排序"<<endl; sort(st.begin(),st.end(),greater<Student>());

GradeOfCoursegc1,gc2; cout<<endl<<"創(chuàng)建GradeOfCourse對(duì)象及其連接"<<endl; gc1.setStudent(st[0],st); gc1.setGrade(67); cout<<"創(chuàng)建對(duì)象："<<gc1<<endl;

cout<<"取出連接的Student對(duì)象"<<endl; Students1=gc1.getStudent(st);

if(NULL==&s1)//判斷是否連接到一個(gè)Student對(duì)象 cout<<"沒(méi)有連接到學(xué)生??！"<<endl;

else cout<<s1<<endl;

cout<<"創(chuàng)建GradeOfCourse對(duì)象及其連接"<<endl; Students2; s2.setStudentID(123); gc2.setStudent(s2,st);}讀入學(xué)號(hào)錯(cuò)誤！成功讀取33個(gè)學(xué)生的信息對(duì)學(xué)生信息按學(xué)號(hào)降序排序

創(chuàng)建GradeOfCourse對(duì)象及其連接創(chuàng)建對(duì)象：20215967

取出連接的Student對(duì)象202159文杰

創(chuàng)建GradeOfCourse對(duì)象及其連接沒(méi)有找到學(xué)生：123

【例8.4】

教學(xué)班TeachingClass中維護(hù)課程成績(jī)表的主要代碼8.5一對(duì)多關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)使用容器存儲(chǔ)管理連接的對(duì)象，編程實(shí)現(xiàn)多對(duì)多和一對(duì)多關(guān)聯(lián)選擇list存儲(chǔ)管理GradeOfCourse對(duì)象選擇vector存儲(chǔ)管理Student對(duì)象8.5一對(duì)多關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)【例8.4】教學(xué)班TeachingClass中維護(hù)課程成績(jī)表的主要代碼TeachingClass::TeachingClass(vector<Student>&st):gradeTbl(0),course(){ studentTbl=st;}intTeachingClass::insertGrade(intstudentID,floatgrade){ GradeOfCoursegc;

if(gc.setStudent(studentID,*studentTbl))

return1;

else

if(gc.setGrade(grade))

return-1;

else{ gradeTbl.push_back(gc); gradeTbl.sort();

return0; }}intTeachingClass::modifyGrade(intstudentID,floatgrade){ deleteGrade(studentID);

returninsertGrade(studentID,grade);}intTeachingClass::deleteGrade(intstudentID){

intrt=0; list<GradeOfCourse>::iteratorit=find(gradeTbl.begin(),gradeTbl.end(),studentID);

if(!(NULL==*it)){ gradeTbl.erase(it); rt=1; }

returnrt;}

list<GradeOfCourse>&TeachingClass::getGradeTbl(void){

returngradeTbl;}GradeOfCourseTeachingClass::findGradeByID(intstudentID){ list<GradeOfCourse>::iteratorit=find(gradeTbl.begin(),gradeTbl.end(),studentID);

if(NULL==*it)

return*it;

else{ GradeOfCourse*p=NULL;

return*p; }}8.5一對(duì)多關(guān)聯(lián)的邏輯實(shí)現(xiàn)【例8.5】錄入一個(gè)教學(xué)班的學(xué)生成績(jī)voidmain(){ vector<Student>st;

intcnt=readData(st); cout<<"成功讀取"<<cnt<<"個(gè)學(xué)生的信息"<<endl;

//cout<<"對(duì)學(xué)生信息按學(xué)號(hào)降序排序"