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第 8 章：类和数据抽象 (I)

第 8 章：类和数据抽象 (I). 本章目标：. 1. 理解数据封装和数据隐藏的概念. 2. 学会建立 C++ 中的类(抽象数据类型). 3. 了解类的数据成员和成员函数的属性. 4. 掌握类的数据成员和成员函数的使用. §8.1 引言. 一、面向对象的概念. 面向对象的技术有三个方面：.  面向对象分析 (OOA) [Object_Oriented Analysis].  面向对象设计 (OOD) [Object_Oriented Design].  面向对象程序设计 (OOP) [Object_Oriented Programming].

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第 8 章：类和数据抽象 (I)

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  1. 第8章：类和数据抽象(I) 本章目标： 1. 理解数据封装和数据隐藏的概念 2. 学会建立C++中的类(抽象数据类型) 3. 了解类的数据成员和成员函数的属性 4. 掌握类的数据成员和成员函数的使用

  2. §8.1 引言 一、面向对象的概念 面向对象的技术有三个方面： 面向对象分析(OOA) [Object_Oriented Analysis] 面向对象设计(OOD) [Object_Oriented Design] 面向对象程序设计(OOP) [Object_Oriented Programming]

  3. 二、 对象的定义 1. 广义定义：一切事物都是对象 如：树、猫、飞机 问题：这些对象是否具有一种类在的相似？ 树：有树枝，树干，树叶，…；可以净化空气，美化环境、… 猫：有毛，四只脚，…; 可以捉老鼠, … 飞机：有机翼，机身，…; 可以飞, …

  4. 2. 对象的定义： 对象是这样一种实体：它具有名字，自身状态，自身功能。 可表示成： OBJ=< ID . MS . DS . MI> 对象可受理的消息的集合 对象的数据结构 对象可受理的操作的集合 对象的标识

  5. 三、面向对象程序设计(OOP) 关键思想：模拟人类认识问题的过程 分类。 具体做法：把系统中的所有资源都看成对象，每个对象把一组数据和一组过程或函数封装在一起。 特点：具有信息隐藏(封装)的功能。

  6. 四、C/C++程序设计的风格差异 • C程序设计：以建立函数模块为主 • C++程序设计： 以建立类为主。(类中既有数据部分，也有函数部分) 类的设计是对象为核心。(从对象的角度来建立类)

  7. §8.2 回顾C语言中的结构数据类型 1. C语言中定义的结构类型，其成员不允许有函数，例如： struct Temp{ int num; float vol; char vh; }; 结构型变量的定义： 在C中：strut Temp exp, *expt; 在C++中：1. struct Temp exp, *expt; 2. Temp exp, expt;

  8. 结构成员的访问： exp.num; expt>num; (*expt).num; 等价的 • 2. C++中的结构类型，其成员允许有函数，例如： • struct Date{ • unsigned int day; • unsigned int month; • unsigned int year; • void plan(int d, int m, int y ); • }; 若有： Date myholiday;  则： myholiday.plan(d, m, y);

  9. 例1： 给定三角形的三条边，计算三角形的面积和周长。 分析：假定三角形的边长分别为：a、b、c。取s=(a+b+c)/2，则三角形面积为： 用两种不同的实现方法来实现： (1) 结构化方法（C/C++均适用） example8_1a.cpp(p.227) (2) 在结构类型中添加成员函数的方法(C++适用) example8_1b.cpp(p.228)

  10. 讨论 • 1.三角形面积的计算形式不同； • area=area(a,b,c); area=TriAng.area(TriAng.a,TriAng.b,TriAng.c); • 成员函数的定义形式：double Shape::area(double a,double b,double c){ ……} • 3. 成员函数area()不允许单独调用。

  11. 讨论 程序存在的问题： 1.对不合法的数据没有检验，有可能导致错误的结果； 例如：如果输入了不合法的值：负数、字符（如：5，t）等，程序仍然会使用不正确的值进行计算。 2.程序可直接修改成员的值； 改进方案： 1. 增加一个函数，用来检验输入数据的合法性。 2. 采用“类”数据类型，加强数据的封装性。

  12. §8.3 C++中的数据类型——类 在C++中，类是一种自定义的数据类型。 一、类型定义 class <类名> { public: //数据成员声明；//成员函数声明； protected: //数据成员声明；//成员函数声明； private: //数据成员声明；//成员函数声明； }; 一般形式：

  13. 例如:定义一个三角形类 class Triangle{ public: Triangle (); void setSide(float x,float y,float z); float area(); int isTriangle(); private: float a,b,c; };

  14. 几点说明 1. 类定义中的两个关键字:public、private实现了数据封装； 2. public: 提供给用户的接口。可以通过该类的对象直接引用。（其下的成员函数可以被本类中的数据成员和成员函数使用） 3. private:用来描述该类对象的属性，不允许直接访问，只有成员函数或经特殊说明的函数才可以引用它们，（其下的成员函数或数据成员只能被本类中所提供的成员函数使用）

  15. 几点说明 4. protected：主要是用于继承关系（略）。 5. public、private和protected代表访问权限。 与先后顺序无关，允许多次出现。

  16. 二、实现部分 对类中各成员函数进行定义。 一般形式： 函数返回值类型 类名:: 函数名(参数列表) { 函数语句体 } 例如，Triangle类中成员函数： Triangle:: Triangle () { a=b=c=0; }

  17. 二、实现部分 void Triangle::setSide(float x,float y,float z) { a=x;b=y;c=z; } float Triangle::area() { float s; s=(a+b+c)/2; //三角形周长的一半 return sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)); //计算三角形面积 } int Triangle:: isTriangle() { if((a+b)>c && (b+c)>a && (a+c)>b)) //满足构成三角形的条件 return 1; else return 0; }

  18. 说明： • 与类同名的成员函数称为“构造函数”。 • 如：Triangle() • 2. 构造函数的一个重要作用：初始化类对象的数据成员。 • 构造函数的调用时机：对象生命开始的时候，由系统自动调用。 • 注：关于构造函数的性质将在后续章节(第9章)叙述。 注意： 1. 成员函数也可以在类声明中直接定义（p.231）。 2. 不建议这么做。

  19. §8.4 类成员的访问和作用域 一、类对象的定义 <类名> <对象名> 例如： Triangle triangle； //Shape类的对象 Triangle ArrTriangle[5]； //Shape类的对象数组 Triangle *PointTriangle； //Shape类的指针对象 Triangle &RefTriangle= triangle；//Shape类对象的别名 注意：对象不能直接使用private中的成员： triangle.a 是错误的。

  20. 二、类的作用域 1. 类中的成员函数可互相直接调用。 2. 类中的数据成员在类中各成员函数间属“ 公共变量”。 3. 成员函数中的变量若有与类中的数据成员同名同类，则类中的数据成员被隐藏。

  21. 例:数据成员的作用域。 //----examp2_3.cpp #include <iostream.h> class Date{ public: Date( ) {day=31; month=12; year=2000; } void getday( ); private: int day,month,year; }; void main( ) { Date myday; myday.getday( ); } void Date::getday( ) { int year=1999; cout<<"1: "<<year<<"-"<<month<<"- "<<day<<"\n"; cout<<"2: "<<Date::year<<"-"<<month<<"-" <<day<<"\n"; } 运行结果： 1: 1999-12-31 2: 2000-12-31

  22. 三、类成员的访问 两个要点： 1. 只有本类的对象可以访问本类的公有成员. 2. 本类对象不能直接访问本类中的私有成员.

  23. 例2：对【例1】提出的问题，用类来完成三角形面积的计算。（【例1】给定三角形的三条边，计算三角形的面积和周长）例2：对【例1】提出的问题，用类来完成三角形面积的计算。（【例1】给定三角形的三条边，计算三角形的面积和周长） example8_2.cpp 分析： 1. a、b、c属private,只能通过成员函数才能访问。 2. setShape() 完成对三角形边长的设置。 3. isTriangle()判断三条边长是否能合法。 4. area()计算三角形的面积。 5. 构造函数由系统自动调用。用于初始化数据成员的值。 请注意： 1. 函数isTriangle()和area()不需要参数，直接使用类中的私有数据。 设计概念： 1. 类的对象只需要通过发送消息来完成任务。 2. 类的实现过程对用户是隐藏的。

  24. §8.5 访问函数和工具函数的意义 访问函数和工具函数是一种称呼 意义：划分封装的程度 • 访问函数：对外接口函数（public成员函数） • 作用：设置私有数据成员值； • 读取、显示和返回私有数据成员值； • 进行各种类的操作； • 测试条件的真假等。 • 2. 工具函数：非接口函数（private成员函数） • 作用： • 支持类中其他函数的操作。

  25. 例3：实现一个销售统计问题。从键盘输入某商品每个月销售了多少件，统计该年度共销售了多少件，并计算总销售额。例3：实现一个销售统计问题。从键盘输入某商品每个月销售了多少件，统计该年度共销售了多少件，并计算总销售额。 • 分析：以销售的商品作为对象； • 对象的基本属性为：①价格；②每月的销售数量。 • 基本功能为：①输入每月的销售额； ②输出年度总销售量及总销售额； ③计算年度总销售量及总销售额。 • (因计算的功能不属于对象应具有的) • 访问函数： • void setSell(int month,double price); // ① • void printMonthSell(); // ② • 工具函数： • int totalAnnualSell(); // ③ • 程序：example8_3.cpp • 思考：将工具函数改成访问函数会有什么不同？

  26. 例4：一个关于日期的类： void Temp::getday( ) { day=1; month=1; year=1980; cout<<"1: "<<year <<"-"<<month <<"-"<<day<<"\n"; } void Temp::setday( ) { day=day+9; month=month+9; year=year+20; cout<<"2: "<<year <<"-"<<month <<"-"<<day<<"\n"; } //----examp2_1.cpp #include <iostream.h> class Temp{ public: void getday( ); void setday(); private: int day,month,year; }; void main( ) { Temp myday; //myday.day=12; 错误的语句 myday.getday( ); myday.setday( ); } 1: 1980-1-1 2: 2000-10-10 运行结果：

  27. 点评程序例4： 程序中的不良之处： 1．类名不明确： Temp和Date(日期)关联不明。 2．函数功能不明确： 函数getday()和函数setday()都可以修改私有数据成员。 设计原则： 1．类名要能反映分类的思想。 2．每个函数应具有独立的功能。

  28. 例5：修改例4的程序。 无法预料的结果 //----examp2_1a.cpp #include <iostream.h> class Date{ public: void getday( ); void setday( ); private: int day,month,year; }; void main( ) { Date myday; cout<<"1:"; myday.getday(); cout<<"2:"; myday.setday(); myday.getday(); } void Date::getday( ) { cout<<year<<"-" <<month <<"-" <<day<<"\n"; } void Date::setday( ) { day=day+9; month=month+9; year=year+20; } 运行结果： 1: 19394-5855-10459 2: 19414-5864-10468

  29. 点评程序例5： 1．好的方面： 类名比较清晰，函数功能比较明确。 2．不好的方面： 程序中出现了不可预料的结果，原因是由于对象的私有数据成员的值没有初始化。 设计原则： 1．任何对象的私有成员的值都应该进行初始化，以避免产生不确定的值。 2．get函数一般不要求带参数，set函数一般要求要带参数。

  30. 例6：改进例5的程序。 //----examp2_1b.cpp #include <iostream.h> class Date{ public: void getday(); void setday(int y,int m,int d); private: int day,month,year; }; void main( ) { Date myday; int yy=2000,mm=12,dd=31; myday.setday(yy,mm,dd); myday.getday(); yy=2001,mm=1,dd=1; myday.setday(yy,mm,dd); myday.getday(); } void Date::getday( ) { cout<<year<<"-" <<month<<"-" <<day<<"\n"; } void Date::setday(int y,int m,int d) { day=d; month=m; year=y; } 运行结果： 1980-1-1 2000-10-10

  31. 点评程序例6： 产生的新问题： 必须要先调用set函数，对私有数据成员赋值，才能确保程序的稳定。 设计原则： 1．任何对象生成之处，就拥有初始值。 2．set函数一般使用在程序中间，需要修改数据成员数值的时候。 3．采用构造函数为对象的数据成员赋初值。

  32. 保存在 1. 类的定义 <基本名>.h 保存在 2. 类中成员函数的定义 <基本名>.cpp 编译成 目标代码1 保存在 3. 主程序(头文件包含类定义文件) <文件名>.cpp 编译成 目标代码2 §8.6 接口和实现的分离 实际上就是将类的定义与类中的函数定义分别放在不同的文件中 4. 连接目标代码1和目标代码2  P.236——将程序example8_3.cpp进行分离

  33. 本章小结 重点： 1. 定义一个新的数据类型：类 2. 类中成员的性质: private、public 3. 一种属于"类"的数据类型：对象 4. 对象访问类中成员的权限 5. 访问函数和工具函数 6. 接口和实现的分离

  34. 本章练习 一、选择题 二、填空题 三、程序理解题 四、简答题 五、编程题 8.38、8.39、8.42、8.43

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