《c++程序設(shè)計》課件第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計C++C++C對C語言功能的增強增加了面對對象的機制程序設(shè)計方法面對對象程序設(shè)計面向過程程序設(shè)計目錄§1§2§3§4面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述§5C++基礎(chǔ)知識類和對象繼承與組合多態(tài)性與虛函數(shù)目錄§6§7§8§9面向?qū)ο蟮耐讌f(xié)§10運算符重載模板輸入輸出流異常處理第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述6本章主要內(nèi)容1.1面向過程程序設(shè)計1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計1.3面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.4學生信息管理系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法設(shè)計思路自頂向下、逐步求精。采用模塊分解與功能抽象，自頂向下、分而治之。程序結(jié)構(gòu)：按功能劃分為若干個基本模塊，形成一個樹狀結(jié)構(gòu)。各模塊間的關(guān)系盡可能簡單，功能上相對獨立；每一模塊內(nèi)部均是由順序、選擇和循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成。其模塊化實現(xiàn)的具體方法是使用子程序。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述【例1-1】運用面向過程程序設(shè)計方法設(shè)計一個小型的學生信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)要管理的學生信息包括：學號(Num)、姓名(Name)、性別(Sex)、出生日期(Birthday)、三門課成績﹝英語(English)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(DataStructure)、C++程序設(shè)計(CPlusPlus)

﹞、總成績(Sum)、平均成績(Average)，學生信息表如表1-1所示。1.1面向過程程序設(shè)計第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述學號姓名性別出生日期英語成績數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成績C++成績總成績平均成績20070202001鄧光輝男89-02-0587889026588.320070202002杜麗麗女90-09-2079807523478.020070202003姜志遠男90-11-0868847022274.020070202004張大偉男88-08-0570678221973.0………………………表1-1學生信息表第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述該學生信息管理系統(tǒng)要具有如下功能:（1）顯示學生信息：顯示全部學生的信息。（2）查詢學生信息：按學號或姓名查詢學生信息，查詢結(jié)果直接顯示在屏幕上。（3）添加學生信息：對學生信息進行添加。（4）修改學生信息：按學號修改學生信息。1.1面向過程程序設(shè)計第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述該學生信息管理系統(tǒng)要具有如下功能:（5）刪除學生信息：按學號刪除學生信息。（6）統(tǒng)計學生成績：統(tǒng)計每個學生的總成績和平均成績，或統(tǒng)計所有學生某一門課的總成績和平均成績。（7）學生信息排序：按學號、總成績或某一門課成績排序。（8）備份學生信息：把所有學生信息備份一份。1.1面向過程程序設(shè)計實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架/*學生信息管理系統(tǒng)C語言源代碼student.c*/#include<stdio.h>/*包含輸入/輸出頭文件*/#include<string.h>/*包含字符串處理頭文件*/typedefstruct{/*用于存放生日信息的結(jié)構(gòu)體*/intyear;intmonth;intday;}Date;實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架typedefstruct{/*用于存放學生信息的結(jié)構(gòu)體*/charNum[15];charName[10];charSex;floatEnglish;

/*英語課成績*/floatDataStructure;

/*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課成績*/

floatCPlusPlus;/*C++課成績*/

floatSum,Average;

/*總成績、平均成績*/}Student;

實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架/*用于存放讀入內(nèi)存中的所有學生信息的全局數(shù)組*/Studentstud[100];intcount=0;/*存放實際學生人數(shù)的全局變量*/

/*各自定義函數(shù)原型聲明*/voidReadData();/*讀取學生信息到全局數(shù)組stud中*/voidDisplay();/*顯示學生信息*/voidSearch();/*查詢學生信息*/voidSearchNum();/*按學號查詢學生信息*/voidSearchName();/*按姓名查詢學生信息*/…voidBackupData();/*備份學生信息*/實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架voidmain(){/*系統(tǒng)功能以菜單的形式提供給用戶*/

charchoice;ReadData();for(;;){/*顯示系統(tǒng)功能菜單*/

printf("**********學生信息管理系統(tǒng)***************\n");printf("***********************************************\n");printf(“**********1．顯示學生信息***************\n");printf("**********2．查詢學生信息***************\n");…實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架printf("**********8．備份學生信息***************\n");printf(“**********0．退出系統(tǒng)***************\n");printf("***********************************************\n");printf("請選擇要執(zhí)行的操作(0～8):_\n");scanf("%c",&choice);switch(choice){case'1':Display();break;case'2':Search();break;…case'0':return;default:printf("選擇錯誤！請重新選擇。\n");}/*switch結(jié)束*/實現(xiàn)該系統(tǒng)的C程序框架

}/*for結(jié)束*/}/*main函數(shù)結(jié)束*//*各自定義函數(shù)實現(xiàn)代碼*/voidReadData(){…}voidDisplay(){…}voidSearch(){…}…圖1-1面向過程程序設(shè)計的程序模型面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法優(yōu)點：有效地將一個較復雜的程序系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分解成許多易于控制和處理的子任務(wù)，便于開發(fā)和維護。面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法缺點：可重用性差、數(shù)據(jù)安全性差、難以開發(fā)大型軟件和圖形界面的應(yīng)用軟件把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程分離為相互獨立的實體。當數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變時，所有相關(guān)的處理過程都要進行相應(yīng)的修改。每一種相對于老問題的新方法都要帶來額外的開銷。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)和維護也都很困難。面向?qū)ο蟮姆椒陀^世界中的事物都是對象（object），對象之間存在一定的關(guān)系。對同類型對象抽象出其共性，形成類。用對象的屬性（attribute）描述事物的靜態(tài)特征，用對象的操作（operation）描述事物的行為（動態(tài)特征）。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象可以從兩個角度來理解對象。一個角度是現(xiàn)實世界，另一個角度是我們所建立的軟件系統(tǒng)。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象現(xiàn)實世界中客觀存在的任何一個事物都可以看成一個對象(object)?；蛘哒f，現(xiàn)實世界是由千千萬萬個對象組成的。對象可以是有形的，如汽車、房屋、張三等，也可以是無形的，如社會生活中的一種邏輯結(jié)構(gòu)：學校、軍隊，甚至一篇文章、一個圖形、一項計劃等都可視作對象。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象對象可大可小。例如學校是一個對象，一個班級也是一個對象，一個學生也是一個對象。同樣，軍隊中的一個師，一個團，一個連，一個班都是對象。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象任何一個對象都具有兩個要素：屬性和行為屬性：用于描述客觀事物的靜態(tài)特征行為：用于描述事物的動態(tài)特征。例如，一個人是一個對象，他有姓名、性別、身高、體重等屬性，有走路、講話、打手勢、學習和工作等行為。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象在一個系統(tǒng)中的多個對象之間通過一定的渠道相互聯(lián)系，如圖1-2所示。圖1-2現(xiàn)實世界中的對象模型第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述屬性行為行為屬性行為行為屬性行為行為對象１對象２對象３消息消息消息圖1-7面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的程序模型第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述要使某一個對象實現(xiàn)某一個行為，應(yīng)當向它傳遞相應(yīng)的消息。數(shù)據(jù)成員函數(shù)成員函數(shù)數(shù)據(jù)成員函數(shù)成員函數(shù)數(shù)據(jù)成員函數(shù)成員函數(shù)對象１對象２對象３消息消息消息屬性行為行為對象第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象在面向?qū)ο蟮能浖治鱿到y(tǒng)中，對象是用來描述客觀事物的一個相對獨立體，是構(gòu)成系統(tǒng)的一個基本單位。一個對象由一組屬性和對這組屬性進行操縱的一組操作組成。屬性是用來描述對象靜態(tài)特征的一個數(shù)據(jù)項，操作是用來描述對象行為的一個動作序列。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．對象在開發(fā)軟件系統(tǒng)時，首先要對現(xiàn)實世界中的對象進行分析和歸納，以此為基礎(chǔ)來定義軟件系統(tǒng)中的對象。軟件系統(tǒng)中的一部分對象是對現(xiàn)實世界中的對象的抽象，但其內(nèi)容不是全盤照搬，這些對象只包含與所解決的現(xiàn)實問題有關(guān)的那些內(nèi)容；系統(tǒng)中的另一部分對象是為了構(gòu)建系統(tǒng)而設(shè)立的。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．類類是對客觀世界中具有相同屬性和行為的一組對象的抽象，它為屬于該類的全部對象提供了統(tǒng)一的抽象描述，其內(nèi)容包括屬性和操作。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．類在尋找類時，要用到一個概念：抽象。所謂抽象，是指忽略事物的非本質(zhì)特征，只注意那些與當前目標有關(guān)的本質(zhì)特征，從而找出事物的共性，把具有共性的事物劃分為一類，得出一個抽象的概念。例如，人可以作為一個類，它是世界上所有實體人如張三、李四、王五等的抽象，而實體人張三、李四、王五等則是人這個類的具體實例。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．類類和對象的關(guān)系可表述為：類是對象的抽象，而對象則是類的實例，或者說是類的具體表現(xiàn)形式。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．封裝在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，所謂“封裝”，指兩方面的含義：一是用對象把屬性和操縱這些屬性的操作包裝起來，形成一個基本單位，各個對象之間相對獨立，互不干擾。二是將對象中某些部分對外隱蔽，即隱藏其內(nèi)部細節(jié)，只留下少量接口，以便與外界聯(lián)系，接收外界的消息。這種對外界隱蔽的做法稱為信息隱蔽(informationhiding)。面向?qū)ο蟮姆椒▽ο蟮膶傩院筒僮鹘Y(jié)合為一體，形成一個相對獨立、不可分的實體。對象對外屏蔽其內(nèi)部細節(jié)，只留下少量接口，以便與外界聯(lián)系。通過抽象對對象進行分類，把具有相同屬性和相同操作的對象歸為一類，類是這些對象的抽象描述，每個對象是其所屬類的一個實例。35面向?qū)ο蟮姆椒◤碗s的對象可以用簡單的對象作為其構(gòu)成部分。通過在不同程度上運用抽象的原則，可以得到一般類和特殊類。特殊類繼承一般類的屬性與操作，從而簡化系統(tǒng)的構(gòu)造過程對象之間通過傳遞消息進行通信，以實現(xiàn)對象之間的動態(tài)聯(lián)系。通過關(guān)聯(lián)表達類之間的靜態(tài)關(guān)系。36第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．繼承所謂“繼承”，是指特殊類自動地擁有或隱含地復制其一般類的全部屬性與操作。繼承具有“是一種”的含義。

汽車卡車轎車圖1-3繼承示例一般類（也稱為基類、父類）特殊類（也稱為派生類、子類）第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述圖1-4繼承的層次與抽象原則的運用汽車卡車轎車火車車輛輪船飛機運輸工具

較多地忽略事物之間的差別,

得到較一般的類

較多地注意事物之間的差別,

得到較特殊的類第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述有時一個類要同時繼承兩個或兩個以上一般類中的屬性和操作，把這種允許一個特殊類具有一個以上一般類的繼承模式稱作多繼承。圖1-5多重繼承示例銷售經(jīng)理管理人員兼職技術(shù)人員銷售人員雇員第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．消息在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，把向?qū)ο蟀l(fā)出的操作請求稱為消息（message）。對象之間通過消息進行通信，實現(xiàn)了對象之間的動態(tài)聯(lián)系。至于消息的具體用途，它們有很多種，例如，讀取或設(shè)置對象本身的某個（些）屬性的值，請求其他對象的操作。在C++中，消息其實就是函數(shù)調(diào)用。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)（association）是兩個或多個類之間的一種靜態(tài)關(guān)系。教師指導畢業(yè)論文學生1＊圖1-6關(guān)聯(lián)示例第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．組合組合描述的是類與類之間的整體與部分的關(guān)系。例如，汽車與發(fā)動機之間的關(guān)系，計算機與主板間的關(guān)系。組合是具有“整體——部分”關(guān)系語義的關(guān)聯(lián)，也就是說，組合是關(guān)聯(lián)的一種，只是它還具有明顯的“整體——部分”含義。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.2面向?qū)ο蟮幕靖拍?．多態(tài)性如果有幾個相似而不完全相同的對象，有時人們要求在向它們發(fā)出同一個消息時，它們的反應(yīng)各不相同，分別執(zhí)行不同的操作，這種情況就是多態(tài)現(xiàn)象。在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校^多態(tài)性(polymorphism)是指由繼承而產(chǎn)生的相關(guān)而不同的類，其對象對同一消息會作出不同的響應(yīng)。多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的一個重要特征，使用它能增加程序的靈活性。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點1．從認識論的角度看，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計改變了軟件開發(fā)的方式面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計強調(diào)從對象出發(fā)認識問題域，對象對應(yīng)著問題域中的事物，其屬性和操作分別刻畫了事物的靜態(tài)特征和動態(tài)行為，對象之間的繼承、組合、關(guān)聯(lián)和依賴關(guān)系如實地表達了問題域中事物實際存在的各種關(guān)系。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點因此，無論是軟件系統(tǒng)的構(gòu)成成分，還是通過這些成分之間的關(guān)系而體現(xiàn)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，都可直接地映射到問題域。軟件開發(fā)人員能夠利用人類認識事物所采用的一般思維方式來進行軟件開發(fā)。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述在面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中，人們常使用這樣的公式來表述程序：

程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計則把算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝在對象中。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，我們可以這樣來表述程序：程序=（對象

+對象

+對象

+…）+消息

或程序=對象s+消息

對象

=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點2．面向?qū)ο蟪绦蛑械臄?shù)據(jù)的安全性高面向?qū)ο蟪绦蛑械臄?shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作捆綁在一起，被封裝在不同的對象中。對象對外隱蔽其內(nèi)部細節(jié)，只留下少量的接口，以便與外界聯(lián)系。外界只能通過對象提供的對外接口操作對象中的數(shù)據(jù)，這可以有效保護數(shù)據(jù)的安全。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點3．面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計有助于軟件的維護與復用某類對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變只會引起該類對象操作代碼的改變，只要其對外提供的接口不發(fā)生變化，程序的其余部分就不需要做任何改動，從而把程序代碼的修改維護局限在一個很小的范圍內(nèi)。這就對用戶需求的變化有較強的適應(yīng)性。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點3．面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計有助于軟件的維護與復用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中類的繼承機制有效解決了代碼復用的問題。在設(shè)計新類時，可通過繼承引用已有類的屬性和操作，并可在已有類的基礎(chǔ)上增加新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作，延伸和擴充已有類的功能，這種延伸和擴充一點不影響原有類的使用。人們可以像使用集成電路（IC）構(gòu)造計算機硬件那樣，比較方便地重用對象類來構(gòu)造軟件系統(tǒng)。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述面向?qū)ο蟮能浖こ贪ㄒ韵聨讉€階段：1．面向?qū)ο蠓治觯╫bjectorientedanalysis,OOA）2．面向?qū)ο笤O(shè)計（objectorienteddesign,OOD）3．面向?qū)ο缶幊蹋╫bjectorientedprogramming,

OOP）4．面向?qū)ο鬁y試（objectorientedtest,OOT）5．面向?qū)ο缶S護（objectorientedsoftmaintenance,OOSM）1.3面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述1．面向?qū)ο蠓治?/p>

對系統(tǒng)進行面向?qū)ο蠓治?，識別出系統(tǒng)中的對象，定義對象的屬性和操作，并抽象出對象類。1.4學生信息管理系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述（1）學生對象與學生類考慮問題域，識別系統(tǒng)中的對象與類。該系統(tǒng)是一個學生信息管理系統(tǒng)，每一個被管理的學生都是該系統(tǒng)中的一個對象，所有學生對象都具有相同的屬性：學號、姓名、性別、出生日期、英語成績、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成績、C++程序設(shè)計成績、總成績、平均成績，相同的操作：計算總成績、計算平均成績。對所有學生對象的抽象，形成一個學生類。第1章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述

+計算總成績

+計算平均成績

-學號

-姓名

-…-平均成績學生類

+顯示學生信息

+按學號查詢學生信息

+按姓名查詢學生信息

…+打開文件

+寫文件

+新建文件“順序表”容器類1＊

-學生數(shù)組

-學生總?cè)藬?shù)圖1-8學生信息管