《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課件第1章 緒論

參考書(shū)

新標(biāo)準(zhǔn)C++程序設(shè)計(jì)郭煒高等教育出版社

THEC++PROGRAMMINGLANGUAGE(SpecialEdition)BjarneStroustrup

高等教育出版社

課時(shí)安排授課：32學(xué)時(shí)上機(jī)：16學(xué)時(shí)

教材、參考書(shū)與課時(shí)安排本門(mén)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容第1章緒論（2學(xué)時(shí)）第2章C++語(yǔ)言對(duì)C語(yǔ)言的擴(kuò)充（4學(xué)時(shí)）第3章類(lèi)和對(duì)象（6學(xué)時(shí)）第4章友元（2學(xué)時(shí)）第5章繼承與派生（6學(xué)時(shí)）第6章多態(tài)性和虛函數(shù)（6學(xué)時(shí)）第7章C++語(yǔ)言的輸入輸出流庫(kù)（2學(xué)時(shí)）第8章異常處理（2學(xué)時(shí)）

第1章緒論

1.1

面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?/p>

1.2

從面向過(guò)程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

1.3

面向?qū)ο蟮幕靖拍?.4

面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性1.5

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)舉例機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言面向過(guò)程面向?qū)ο驝PU指令系統(tǒng)，由0、1序列構(gòu)成的指令碼組成如：10000000加

10010000減用助記符號(hào)描述的指令系統(tǒng)如ADDA,B面向機(jī)器的語(yǔ)言1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪礄C(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言面向過(guò)程面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)被加工的過(guò)程客觀世界可以分類(lèi)，對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例對(duì)象是數(shù)據(jù)和方法的封裝對(duì)象間通過(guò)發(fā)送和接受消息發(fā)生聯(lián)系程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵是定義類(lèi)，并由類(lèi)派生對(duì)象1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?、50年代的程序都是用指令代碼或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的,60年代高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，縮短了軟件開(kāi)發(fā)周期。2、自60年代末到70年代初，出現(xiàn)了大型軟件系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)，這給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的問(wèn)題?？煽啃圆?，錯(cuò)誤多，且不易維護(hù)和修改--軟件危機(jī)。3、為了克服60年代出現(xiàn)的軟件危機(jī)，1968年北約組織提出“軟件工程”的概念。對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的認(rèn)識(shí)從強(qiáng)調(diào)表達(dá)能力為重點(diǎn)轉(zhuǎn)向以結(jié)構(gòu)化和簡(jiǎn)明性為重點(diǎn)，將程序從語(yǔ)句序列轉(zhuǎn)向相互作用的模塊集合。1969年，E.W.Dijkstra首先提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念。4、經(jīng)過(guò)幾年的探索和實(shí)踐，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的應(yīng)用確實(shí)取得了成效，用該方法編寫(xiě)出來(lái)的程序不僅結(jié)構(gòu)良好，且顯著地減少軟件的復(fù)雜性，提高軟件的可靠性、可測(cè)試性和可維護(hù)性。5、進(jìn)入80年代，由于一系列高技術(shù)的研究，如計(jì)算機(jī)輔助制造CAM和知識(shí)工程等領(lǐng)域的研究都迫切要求大型的軟件系統(tǒng)作為支撐。他們所用的數(shù)據(jù)類(lèi)型也超出了常規(guī)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類(lèi)型的范疇，提出對(duì)圖像、聲音、規(guī)則等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。迫切要求軟件模塊具有更強(qiáng)的獨(dú)立自治性，以便于大型軟件的管理、維護(hù)和重用。由于結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型較為簡(jiǎn)單，所以不能勝任對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的定義與管理，采用過(guò)程調(diào)用機(jī)制使模塊的獨(dú)立性較差。6、自80年代以來(lái)，出現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)流派，研制出了多種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（簡(jiǎn)稱(chēng)為OOPL：ObjectOrientedProgrammingLanguage），如Ada、Smalltalk、C++和當(dāng)前使用在Internet上的平臺(tái)無(wú)關(guān)語(yǔ)言Java等。7、由于OOPL的對(duì)象、類(lèi)具有高度的抽象性，所以它能很好地表達(dá)任何復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型，也允許程序員靈活地定義自己所需要的數(shù)據(jù)類(lèi)型。類(lèi)本身具有很完整的封裝性，滿(mǎn)足模塊獨(dú)立自治的需求。再加上繼承性和多態(tài)性，增強(qiáng)了模塊的可重用性，提高了軟件的可靠性，縮短了軟件的開(kāi)發(fā)周期。1.2從面向過(guò)程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

——

建立一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的全新的思維方式數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出函數(shù)或過(guò)程特點(diǎn):

數(shù)據(jù)和過(guò)程相分離函數(shù)或過(guò)程1.因?yàn)閿?shù)據(jù)與過(guò)程分開(kāi)，因此數(shù)據(jù)很容易在其作用域之外被修改。這表明對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)是不受控制且不可預(yù)知。voidA(Strings);//passbyvalue

voidB(String&s);//passbyreferance

voidC(String*s);//passbypointer2.因?yàn)閿?shù)據(jù)與過(guò)程分開(kāi)，因此編寫(xiě)過(guò)程時(shí)必須要考慮所要處理的數(shù)據(jù)格式。這表明代碼的可重用性不好。abs(i)

//anintexpressioni

fabs(x)//afloating-pointexpressionx3.因?yàn)椴荒茉O(shè)置數(shù)據(jù)的可訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，增加了大型程序的復(fù)雜性。因此測(cè)試和調(diào)試更加困難。特點(diǎn):

數(shù)據(jù)和過(guò)程相分離？例例1.2從面向過(guò)程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)及其操作放在一起，作為一個(gè)相互依存、不可分割的整體—

對(duì)象。采用數(shù)據(jù)抽象和數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，將對(duì)象及其操作抽象成一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型—

類(lèi)。

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

數(shù)據(jù)3

…

操作1

操作2

操作3

…屬性方法1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

數(shù)據(jù)3

…

操作1

操作2

操作3

…

屬性方法1.類(lèi)(class)①類(lèi)實(shí)質(zhì)就是一種用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型。②可以把類(lèi)想像成一種高級(jí)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。structclass1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.類(lèi)(class)數(shù)據(jù)成員成員函數(shù)classStack{

private:

structNode { intdata; Node*next; }*top;

public: Stack(){top=NULL;}

boolpush(inti);

boolpop(int&i);};例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對(duì)象(object)Inoop,thetermobjecthasaveryspecificmeaning:Itisaself-containedentityencapsulatingdataandoperationsonthedata.1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對(duì)象(object)①對(duì)象是類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。②對(duì)象與類(lèi)的關(guān)系如同變量與數(shù)據(jù)類(lèi)型之間的關(guān)系。③對(duì)象具有唯一標(biāo)識(shí)名，可以區(qū)別于其他對(duì)象。④對(duì)象具有一個(gè)狀態(tài)，由其屬性值集合所表征。⑤對(duì)象有一組操作方法即服務(wù)，每個(gè)操作決定對(duì)象的一種行為。⑥對(duì)象具有模塊獨(dú)立性。⑦對(duì)象具有動(dòng)態(tài)連接性。

Stackst1;//定義對(duì)象st1Stackst2;//定義對(duì)象st2例①對(duì)象是類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。②對(duì)象與類(lèi)的關(guān)系如同數(shù)據(jù)類(lèi)型與變量之間的關(guān)系。③對(duì)象具有唯一標(biāo)識(shí)名，可以區(qū)別于其他對(duì)象。④對(duì)象具有一個(gè)狀態(tài)，由其屬性值集合所表征。⑤對(duì)象有一組操作方法即服務(wù)，每個(gè)操作決定對(duì)象的一種行為。⑥對(duì)象具有模塊獨(dú)立性。⑦對(duì)象具有動(dòng)態(tài)連接性。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對(duì)象(object)

從邏輯上看，一個(gè)對(duì)象是獨(dú)立存在的模塊。模塊內(nèi)部狀態(tài)不因外界的干擾而改變，也不會(huì)涉及到其他模塊；模塊間的依賴(lài)性極小或幾乎沒(méi)有；各模塊可獨(dú)立地被系統(tǒng)所組合選用，也可被程序員重用，不必?fù)?dān)心破壞其他模塊。

客觀世界中的對(duì)象之間是有聯(lián)系的，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，通過(guò)消息機(jī)制，把對(duì)象之間動(dòng)態(tài)連接在一起。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

3.消息(message)①消息是面向?qū)ο笙到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的通信機(jī)制，是要求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行其中某個(gè)功能操作的規(guī)格說(shuō)明。②對(duì)象所提供的任何行為（功能）都必須通過(guò)消息來(lái)調(diào)用，對(duì)象只有在接收到消息時(shí)才被激活。③消息一般由三部分組成：接受消息的對(duì)象名、調(diào)用操作名和必要的參數(shù)。st1.push(i);

//向st1發(fā)送消息，調(diào)用其成員函數(shù)push//push操作的功能是將數(shù)據(jù)i壓入棧中

例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

3.消息(message)消息具有三個(gè)性質(zhì)：①同一對(duì)象可接收不同形式的多個(gè)消息，產(chǎn)生不同的響應(yīng)；②相同形式的消息可以送給不同對(duì)象，所做出的響應(yīng)可以是截然不同的；③消息的發(fā)送可以不考慮具體的接收者，對(duì)象可以響應(yīng)消息，也可以對(duì)消息不予理會(huì)，對(duì)消息的響應(yīng)并不是必須的。st1.push(i);st1.pop(x);circle.draw();square.draw();例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）①方法就是對(duì)象所能執(zhí)行的操作，也就是對(duì)象中的成員函數(shù)。②方法包括界面和方法體兩部分。方法的界面也稱(chēng)為接口，它給出了方法的調(diào)用模式；方法體則是實(shí)現(xiàn)某種操作的一系列計(jì)算步驟，也就是一段程序。

對(duì)象提供的任何功能都必須通過(guò)消息進(jìn)行調(diào)用，而該消息就是發(fā)送給對(duì)象所提供的接口的。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）消息和方法的關(guān)系是：對(duì)象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；反過(guò)來(lái)，有了接口，對(duì)象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。所以消息模式與方法界面（即接口）應(yīng)該是一致的。同時(shí)，只要接口保持不變，方法體的改動(dòng)不會(huì)影響方法的調(diào)用。方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，用戶(hù)只需向?qū)ο蟀l(fā)送正確格式的消息即可。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）消息和方法的關(guān)系是：對(duì)象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；反過(guò)來(lái)，有了接口，對(duì)象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。所以消息模式與方法界面（即接口）應(yīng)該是一致的。同時(shí)，只要接口保持不變，方法體的改動(dòng)不會(huì)影響方法的調(diào)用。方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，用戶(hù)只需向?qū)ο蟀l(fā)送正確格式的消息即可。①抽象是一種從一般的觀點(diǎn)看待事物的方法，它要求程序員集中于事物的本質(zhì)特征，而不是具體細(xì)節(jié)或具體實(shí)現(xiàn)。②將一組對(duì)象的共同特征抽象出來(lái)，從而形成“類(lèi)”的概念。類(lèi)的概念來(lái)自人們認(rèn)識(shí)自然社會(huì)的過(guò)程。在這一過(guò)程中，人們主要使用兩種方法：歸納法和演繹法。在歸納的過(guò)程中，我們從一個(gè)個(gè)具體的事物中把共同的特征抽取出來(lái)，形成一個(gè)一般的概念，這就是“歸類(lèi)”；在演繹的過(guò)程中，我們把同類(lèi)的事物，根據(jù)不同的特征分成不同的小類(lèi)，這就是“分類(lèi)”。對(duì)于一個(gè)具體的類(lèi)，它有許多具體的個(gè)體，我們稱(chēng)這些個(gè)體叫做“對(duì)象”。

1.抽象性(abstract)1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型:ADT(AbstractDataType)

1.抽象性(abstract)

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型僅暴露其公有接口，而將其私有實(shí)現(xiàn)隱藏起來(lái)，我們就稱(chēng)這個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型是抽象的。

C++通過(guò)對(duì)類(lèi)的支持提供了信息隱藏，而信息隱藏，特別是對(duì)低層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的隱藏，是構(gòu)造抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的關(guān)鍵。在抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型中提供某個(gè)功能的辦法就是將該功能以類(lèi)的成員函數(shù)的形式封裝起來(lái)。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

1.抽象性(abstract)classStack{

private:

structNode { intdata; Node*next; }*top;

public: Stack(){top=NULL;}

boolpush(inti);

boolpop(int&i);};例Stack類(lèi)的壓入和彈出操作是高層的，因?yàn)橛脩?hù)不需要了解棧的底層實(shí)現(xiàn)，因此Stack類(lèi)是一種抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。使用ADT將提高程序的可靠性和健壯性。C++能夠?qū)崿F(xiàn)ADT，是其支持OOP的有力工具。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

2.封裝性（encapsulation)

所謂封裝就是指一組數(shù)據(jù)和與這組數(shù)據(jù)有關(guān)的操作集合組裝在一起，形成一個(gè)能動(dòng)的實(shí)體，也就是對(duì)象。數(shù)據(jù)封裝就是給數(shù)據(jù)提供了與外界聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)接口，無(wú)論是誰(shuí)，只有通過(guò)這些接口，使用規(guī)范的方式，才能訪(fǎng)問(wèn)這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)封裝是軟件工程發(fā)展的必然產(chǎn)物，使得程序員在設(shè)計(jì)程序時(shí)可以專(zhuān)注于自己的對(duì)象，同時(shí)也切斷了不同模塊之間數(shù)據(jù)的非法使用，減少了出錯(cuò)的可能性。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

3.繼承性（inhertance)

從已有的對(duì)象類(lèi)型出發(fā)建立一種新的對(duì)象類(lèi)型，使它繼承原對(duì)象的特點(diǎn)和功能。繼承是對(duì)許多問(wèn)題中分層特性的一種自然描述，因而也是類(lèi)的具體化和被重用的一種手段，它所表達(dá)的就是一種不同類(lèi)之間的繼承關(guān)系。它使得某類(lèi)對(duì)象可以繼承另外一類(lèi)對(duì)象的特征和能力。繼承所具有的作用有兩個(gè)方面：一方面可以減少代碼冗余；另一方面可以通過(guò)協(xié)調(diào)性來(lái)減少相互之間的接口和界面。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

3.繼承性（