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面向对象程序设计Object-OrientedProgramming教材及参考书2教材：郑莉.C++语言程序设计（第4版）.清华大学出版社,2010.主要参考资料：钱能.C++程序设计教程（修订版）—设计思想与实现.清华大学出版社,2009.（美）StanleyB.等著，李师贤等译.C++Primer中文版(第4版）.人民邮电出版社,2006.（美）BruceEckel著，刘宗田等译.C++编程思想（第2版）.机械工业出版社,2003.MSDN（有离线安装版，和在线网站）教学目标5理解和掌握面向对象程序设计的基本思想及基本概念，如抽象、继承、封装、多态性等；掌握使用C++语言进行面向对象编程的技术，如函数重载、运算符重载、内联函数、虚函数、友元函数等，编写实现“继承”和“多态性”的C++程序；熟练运用C++开发环境（MicrosoftVisualC++）进行面向对象程序的设计；培养学生分析应用程序框架和阅读已有程序的能力。使学生实际上机操作能力（包括编程与调试能力）有一个较大的提高。第一章绪论本章内容7计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程计算机程序8计算机的工作是用程序来控制的程序是指令的集合。指令是计算机可以识别的命令。机器语言与汇编语言9由计算机硬件系统可以识别的二进制指令(机器码)组成的语言称为机器语言(MachineLanguage)。计算机发展的初期，软件工程师们只能用机器语言来编写程序。这一阶段，在人类的自然语言和计算机编程语言之间存在着巨大的鸿沟。汇编语言(AssemblyLanguage)将机器指令映射为一些可以被人读懂的助记符，如ADD、SUB等。此时编程语言与人类自然语言间的鸿沟略有缩小，但仍与人类的思维相差甚远。因为它的抽象层次太低，程序员需要考虑大量的机器细节。高级语言10高级语言屏蔽了机器的细节，提高了语言的抽象层次；程序中可以采用具有一定含义的数据命名和容易理解的执行语句。这使得在书写程序时可以联系到程序所描述的具体事物。例如：if(x10)x=y+z;类似于自然语言和数学表达式高级语言的分类11解释型：执行速度慢、效率低；依赖解释器、跨平台性好。如Basic，JavaScript，VBScript等编译型：执行速度快、效率高；依赖编译器、跨平台性差些。如c、c++、Pascal和Fortran等编译解释型：如Java面向过程方法和面向对象方法12面向过程：传统的程序设计方法其程序设计工作主要围绕设计解决问题的过程来进行，称为面向过程的程序设计，语言称为过程性语言。面向对象：把程序看作是互相协作而又彼此独立的对象的集合。对象间通过发送消息而相互作用。面向过程的程序设计方法13最早的程序目的：用于数学计算主要工作：设计求解问题的过程缺点：对于庞大、复杂的程序难以开发和维护面向过程的结构化程序设计方法14设计思路自顶向下、逐步求精。采用模块分解与功能抽象，自顶向下、分而治之。程序结构：按功能划分为若干个基本模块，形成一个树状结构。各模块间的关系尽可能简单，功能上相对独立；每一模块内部均是由顺序、选择和循环三种基本结构组成。其模块化实现的具体方法是使用子程序。面向过程的结构化程序设计方法(续)15优点：有效地将一个较复杂的程序系统设计任务分解成许多易于控制和处理的子任务，便于开发和维护。面向过程的结构化程序设计方法(续)16缺点：可重用性差、数据安全性差、难以开发大型软件和图形界面的应用软件把数据和处理数据的过程分离为相互独立的实体。当数据结构改变时，所有相关的处理过程都要进行相应的修改。每一种相对于老问题的新方法都要带来额外的开销。图形用户界面的应用程序，很难用过程来描述和实现，开发和维护也都很困难。本章内容17计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程面向对象语言的发展雏形阶段（六、七十年代）先驱：Simula语言：对象、类，支持继承Ada：美国国防部，嵌入式实时系统早期的Smalltalk完善阶段（八十年代初期）Smalltalk-80：大部分的面向对象概念繁荣阶段（八十年代末以来）大批OO语言产生•纯OO语言：Smalltalk、Eiffel、Object-C、Java混合语言：C++、ObjectPascal转向OOD和OOA（九十年代初期以来）出现大量的OOA、OOD方法面向对象的语言19出发点：更直接地描述客观世界中存在的事物(对象)以及它们之间的关系。面向对象方法学的出发点和基本原则是：尽可能模拟人类习惯的思维方式使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界解决问题的方法与过程也就是使描述问题的问题空间（也称为问题域）与实现解法的解空间（也称为求解域）在结构上尽可能一致。特点：•是高级语言。•将客观事物看作具有属性和行为的对象。•通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为，形成类。•通过类的继承与多态实现代码重用。优点•程序模块间的关系更为简单，程序模块的独立性、数据的安全性就有了良好的保障。•通过继承与多态性，可以大大提高程序的可重用性，使得软件的开发和维护都更为方便。面向对象的语言的特点和优点结构化程序设计的方法：把程序看作是工作在数据上的一系列过程或函数的集合。程序的定律是：程序=算法+数据结构面向对象方法：把程序看作是互相协作而又彼此独立的对象的集合。对象间通过发送消息而相互作用。程序的定律是：对象=（算法+数据结构）程序=（对象+对象+……）面向对象的方法学可以用下式概括：OO=Objects+Classes+Inheritance+CommunicationWithmessages按照子类（派生类）与父类（基类）的关系，把若干个对象类组成一个层次结构的系统，这种现象称为继承（Inheritance）；对象彼此之间仅能通过传递消息（message）互相联系。面向对象方法的4个要点面向对象的软件系统是由对象（Object）组成的；把所有对象都划分成各种对象类（简称为类，Class），每个对象类都定义了一组数据和方法；面向对象的语言23优点：使程序能够比较直接地反映问题域的本来面目，软件开发人员能够利用人类认识事物所采用的一般思维方法来进行软件开发。面向对象的基本概念——对象24一般意义上的对象：是现实世界中一个实际存在的事物。可以是有形的（比如一辆汽车），也可以是无形的（比如一项计划）。是构成世界的一个独立单位，具有静态特征：可以用某种数据来描述动态特征：对象所表现的行为或具有的功能面向对象的基本概念——对象25面向对象方法中的对象：是系统中用来描述客观事物的一个实体，它是用来构成系统的一个基本单位。对象由一组属性和一组行为构成。属性：用来描述对象静态特征的数据项。行为：用来描述对象动态特征的操作序列。对象举例26饮料机属性：剩余的茶叶量、咖啡量、牛奶量、糖量、橘子精量和水量。行为：•制一杯茶水•制一杯咖啡•制一杯橘子水面向对象的基本概念——类27分类——人类通常的思维方法分类所依据的原则——抽象忽略事物的非本质特征，只注意那些与当前目标有关的本质特征，从而找出事物的共性，把具有共同性质的事物划分为一类，得出一个抽象的概念。例如，石头、树木、汽车、房屋等都是人们在长期的生产和生活实践中抽象出的概念。面向对象的基本概念——类28面向对象方法中的类具有相同属性和服务的一组对象的集合为属于该类的全部对象提供了抽象的描述，包括属性和行为两个主要部分。类与对象的关系：犹如模具与铸件之间的关系，一个属于某类的对象称为该类的一个实例（instance）。举例29半径3cm半径4cm半径1cm类名：Circle属性：圆心位置半径大小颜色行为：显示自己放大缩小半径在屏幕上移动位置改变颜色面向对象的基本概念——封装30把对象的属性和服务结合成一个独立的系统单元。尽可能隐蔽对象的内部细节。对外形成一个屏障，只保留有限的对外接口使之与外部发生联系。继承31继承（续）32哺乳动物热血、有毛发、用乳汁哺育幼仔狗有犬牙、食肉、特定的骨骼结构、群居藏獒体形高大、肌肉发达、头大额宽，颈毛厚面向对象的基本概念——继承继承对于软件复用有着重要意义，是面向对象技术能够提高软件开发效率的重要原因之一。定义：特殊类的对象拥有其一般类的全部属性与服务，称作特殊类对一般类的继承。例如：将轮船作为一个一般类，客轮便是一个特殊类。33面向对象的基本概念——多态性多态是指在一般类中定义的属性或行为，被特殊类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。这使得同一个属性或行为，在一般类及其各个特殊类中具有不同的语义。例如：数的加法-实数的加法复数的加法动物叫34本章内容35计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程面向对象的软件工程36面向对象的软件工程是面向对象方法在软件工程领域的全面应用。它包括:面向对象的分析（OOA）面向对象的设计（OOD）面向对象的编程（OOP）面向对象的测试（OOT）面向对象的软件维护（OOSM）系统分析(Object-OrientedAnalysis)37系统分析阶段应该扼要精确地抽象出系统必须做什么，但是不关心如何去实现。面向对象的系统分析，直接用问题域中客观存在的事物建立模型中的对象，对单个事物及事物之间的关系，都保留他们的原貌，不做转换，也不打破原有界限而重新组合，因此能够很好地映射客观事物。设计(Object-OrientedDesign，OOD)38针对系统的一个具体实现运用面向对象的方法。其中包括两方面的工作：把OOA模型直接搬到OOD，作为OOD的一部分针对具体实现中的人机界面、数据存储、任务管理等因素补充一些与实现有关的部分。编程(Object-OrientedProgramming)39OOP工作就是用一种面向对象的编程语言把OOD模型中的每个部分书写出来，是面向对象的软件开发最终落实的重要阶段。测试(Object-OrientedTesting)40测试的任务是发现软件中的错误。在面向对象的软件测试中继续运用面向对象的概念与原则来组织测试，以对象的类作为基本测试单位，可以更准确地发现程序错误并提高测试效率。维护(ObjectOrientedSoftwareMaintenance，OOSM)41将软件交付使用后，工作并没有完结，还要根据软件的运行情况和用户的需求，不断改进系统。使用面向对象的方法开发的软件，其程序与问题域是一致的，因此，在维护阶段运用面向对象的方法可以大大提高软件维护的效率。本章内容42计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程本章内容43计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程基本术语44源程序：用源语言写的，有待翻译的程序目标程序：也称为结果程序，是源程序通过翻译程序加工以后所生成的程序。翻译程序：是指一个把源程序翻译成等价的目标程序的程序。基本术语——三种不同类型的翻译程序45汇编程序：其任务是把用汇编语言写成的源程序，翻译成机器语言形式的目标程序。编译程序：若源程序是用高级程序设计语言所写，经翻译程序加工生成目标程序，那么，该翻译程序就称为编译程序。基本术语——三种不同类型的翻译程序46解释程序：这也是一种翻译程序，同样是将高级语言源程序翻译成机器指令。它与编译程序不同点就在于：它是边翻译边执行的，即输入一句、翻译一句、执行一句，直至将整个源程序翻译并执行完毕。程序的开发过程47编辑将源程序输入到计算机中，生成后缀为cpp的磁盘文件。编译(compile)将程序的源代码转换为机器语言代码。连接(link)将多个源程序文件以及库中的某些