第2章类和对象

第2章类和对象2.1面向对象程序设计方法概述对于规模比较小的程序，编程者可以直接编写一个面向过程的程序，详细描述每一瞬时的数据结构及对其的操作过程。但是当程序规模较大时，就显得力不从心了。C++面向对象编程提供了一种可以重用程序代码的机制，让程序员编程的代码可以相互利用。如果是编写规模小的程序，用C++面向对象编程看不出它的效率，程序看起来可能要比面向过程的程序还要长，但从长远的角度来看，面向对象编程效率要高。2.1.1什么是面向对象的程序设计面向对象的程序设计的思路与人们日常生活中处理问题的思想相似。一个复杂的事物总是由许多部分组成的。如：一辆汽车由发动机、底盘、车身和轮子等部件组成，当人们生产汽车时并不用先设计和制造发动机、再设计和制造底盘、然后设计和制造车身和轮子，而是分别设计和制造发动机、底盘、车身和轮子，最后把它们组装在一起。在组装时，各部分有一定的联系，以便协调工作。这就是面向对象的程序设计的基本思路。下面讨论几个有关的概念。1、对象客观世界中任何一个事物都可以看成是一个对象(object)。如班级就是一个对象，班级所属的院系、学生人数等就是属性；班级的学习、开会、体育比赛等就是行为。如果想从外部控制班级中学生的活动，可以从外界向班级发一个消息，一般称它为消息。在C++中，每个对象都是由数据和函数这两部分组成的，数据就是属性，如一个三角形对象，它的3个边长就是它的属性。函数是用来对数据进行操作的，以便实现某些功能，例如可以通过边长计算出三角形的面积，并且输出三角形的边长和面积。计算三角形面积和输出有关数据就是方法。调用对象中的函数就是向该对象传送一个消息，要求该对象实现某一行为（功能）。2、封装与信息隐蔽可以对一个对象进行封装处理，把它的一部分属性和功能与外界屏蔽。例如：电视机中的电路板与机械控制部件对外界来说是看不到的，在它的表面有几个按键与外界联络。人们只要按键就能使电视机进行相应的操作。把对象的内部实现和外部行为分隔开来。面向对象程序设计方法的一个重要特点就是“封装性”。有两方面的含义：1）将有关的数据和操作封装在一个对象中，形成一个基本单位，各个对象之间相对独立，互不干扰；2）将对象中的某些部分对外隐蔽，只留下少量接口与外界联系。C++的对象中的函数名就是对象的对外接口。3、抽象对象是具体存在的，如某一个三角形可以作为一个对象，不同大小的三角形就是不同的对象，它们会有相同的属性和行为，就可以将它们抽象为一种类型，称为三角形类型。在C++中，可以将这种类型定认为“类（class）”。类是对象的抽象，而对象则是类的特例。4、继承与重用如果要研制一个新型的汽车，并不用从头开始设计，只要以某一型号的汽车为基础再增加一个新功能就可以了。这们提高了生产的效率。C++提供了继承机制，采用继承的方法可以很方便地利用一个已有的建立一个新的类，这就可以重用已有软件中的一部分甚至大部分，大大省略了编程的工作量。5、多态性如果有几个相似而不完全相同的对象，当发出同一个消息时，它们的反应各不相同，分别执行不同的操作，这就是多态现象。在C++中，多态性指的是：由继承而产生的相关的不同的类，其对象对同一消息会做出不同的响应。2.1.2面向对象程序设计的特点面向过程程序设计中，所有的数据都是公用的，一个函数可以使用任何一组数据，而一组数据又能被多个函数所使用。如图2.3面向对象程序设计包括：1）设计所需的各种类和对象，决定把哪些数据和操作封装在一起；2）考虑怎样向有关对象发送消息，以完成所需的任务。面向对象程序设计方法能大大降低程序设计人员的工作难度。2.1.3类和对象的作用在面向过程的结构化程序设计中，程序=算法+数据结构。算法和数据构是独立分开的。面向对象程序设计中把一个算法和一组数据结构封装在一个对象中。对象=算法+数据结构；程序=对象+对象+…+消息2.1.4面向对象的软件开发面向对象分析（OOA）面向对象设计（OOD）面向对象编程（OOP）面向对象测试（OOT）面向对象维护（OOSM）2.2类的声明和对象的定义2.2.1类和对象的关系前面我们说明了什么是对象。每一个实体都可以作为对象。有一些对象是具有相同的结构和特性的。例如：K软件081和K软件软件测081是2个不同的对象，但它们是属于同一类型的，它们具有完全相同的结构和特性。每个对象都属于一个特定的类型。在C++中对象的类型称类（class）。类代表了某一批对象的共性和特征。类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。2.2.2声明类类型类是用户自己指定的类型。如果程序中要用到类型，必须自己根据需要进行声明，或者使用别人已设计好的类。C++的内部数据类型只有简单的整数和浮点数。实际问题中会有大量的复合数据，可以用结构型struct来描述。C++的结构型可把相关联的数据元素组成一个单独的统一体。C++中类类型的声明与结构体类型有相似之处，下面先来看结构体类型的定义。structstudent{intnum;stringname;};我们编写二个函数，来实现对结构体数据的输入和输出。//自编例，编写二个函数，分别用于对结构体数据的输入和输出。（学生练习）voidinput(structstudent&s)//为什么要用引用，不用行吗？{cins.nums.name;}voidoutput(structstudents){couts.nums.nameendl;}intmain(){structstudents1,s2;input(s1);output(s1);input(s2);output(s2);return0;}例如：日期类型由年、月、日三个整型数据量来表示。structDate{intyear;intmonth;intday;}；又例如：一个实数平面上的坐标点x、y分量由两个浮点型数据量来表示。structPoint{doublex;doublcey;}；Date结构包含三个数据元素。Point结构二个数据元素。例如，下面的代码定义两个结构对象：voidfn(){Datea;//一个结构的实例、对象、变量：一个日期Dateb;//又一个结构的实例：另一个日期a.year=2006;//一个日期的年份b.year=2005;//另一个日期的年份}a,b是两个不同的对象，其分量year对应于不同的空间，值可以不同。任何程序，只要说明了Date结构对象，就可以修改其对象中属性(分量，或数据成员)的值。上述的struct结构只能算是一个粗糙的数据类型，因为严格意义下的数据类型，不但要有数据的内部表示以及表示范围，还要有数据的操作才行。而上面的struct描述并没有涉及操作。现在我们来声明一个类：#includeiostream#includestringusingnamespacestd;classStudent//类头{intnum;类体：包括数据和函数，称为数据成员和成员函数stringname;public://成员访问限定符如果不指定，系统默认为是private/*我们要注意，类的定义各成员不加限定就是private，而结构体却不一样，不加限定是public。*/voidinput(){cinnumname;}voidoutput(){coutnumnameendl;}};intmain(){students1,s2;s1.input();s1.output();}C的结构体不含成员函数。C++的类既能包含数据成员(datamember)，又能包含函数成员或称成员函数(memberfunction)。定义类时，一般首字符用大写字母表示，以示与对象名的区别。关键字public和private是成员访问限定符。在类中说明的，要么是数据成员，要么是成员函数。它们或者说明为public的，或者说明为private的，或者说明为protected的。类具有封装性，它可以说明哪些成员是public的，哪些不是。说明了protected、private的成员，外部是不能访问的。在学继承之前，protected与private是一样的。2.2.3定义对象的方法定义对象可以有几种方法1、先声明类类型，然后再定义对象在前面的例子中都是这种情况，格式如下：class类名对象名或类名对象名2、在声明类类型的同时定义对象classstudent{intnum;stringname;public:voidinput(){cinnumname;}voidoutput(){coutnumnameendl;}}s1;3、不出现类名，直接定义对象，很少使用，类不只为一个程序服务，而是在类库中供大家使用。class{intnum;stringname;public:voidinput(){cinnumname;}voidoutput(){coutnumnameendl;}}s1;在定义一个对象时，编译系统会为这个对象分配内存空间，以存放对象中的成员。2.2.4类和结构体类型的异同（前面已讲，这里不必赘述）C++中，结构是用关键字struct声明的类，默认情况下其成员是公共(public)的。C++中类与结构的唯一区别是：类(class)定义中默认情况下的成员是private的，而结构(struct)定义中默认情况下的成员是public的。在C中，结构中不允许有成员函数。而在C++中可以有成员函数。下面看一个日期类的定义，同时将日期有关操作也一并描述。#includeiostream#includestringusingnamespacestd;//----------------------------------classStudent{//这里用了classintnum;stringname;public:voidset(intn,strings)//成员函数1对数据成员进行赋值操作{num=n;name=s;}voiddisplay()//成员函数2输出各数据成员的值{cout学号：num姓名：nameendl;}/*在C中结构体中是没有成员函数的，在C++中允许用struct来定义一个类，所以可以有成员函数*/};//-------------------------------//这里的;不能少intmain(){Students;//由类Student创建的s，称为对象s.set(1,zhang);//给Student类中的数据成员赋值//s.num=2;s.name=li;这样赋值可以吗？当然不行。s.display();}//================================定义了Student类后，该Student类如同零件一样，可供每个程序员使用。同学们有没有发现，成员函数set和display没有Student类参数，却可以对Student类操作。那是因为成员函数捆绑了对象，其实已经含有对象参数了。如果我们是编写一个普通函数的话，又要对Student类操作那就必须要有Student参数了。2.3类的成员函数2.3.1成员函数的性质类的成员函数是函数的一种，它与一般函数区别只是：它是属于一个类的成员，出现在类中。它可以被指定为private、public、protected。一个类中如果不包含成员函数，就等于C语言的结构体了，体现不了类在面向对象程序设计中的作用。2.3.2在类外定义成员函数成员函数一定从属于类，不能独立存在，这是它与普通函数的重要区别。成员函数的定义既可以放在类定义中也可以放在类定义外。//==================================//Dateclass日期类的定义和实现//==================================#includeiostreamusingnamespacestd;classDate{intyear,month,day;public:v