1、参考书参考书参考书参考书 新标准新标准C+C+程序设计程序设计 郭炜郭炜 高等教育出版社高等教育出版社 THE C+PROGRAMMING LANGUAGETHE C+PROGRAMMING LANGUAGE (Special Edition)(Special Edition)Bjarne Stroustrup Bjarne Stroustrup 高等教育出版社高等教育出版社 课时安排课时安排课时安排课时安排 授课：授课：授课：授课：3232学时学时学时学时 上机上机上机上机：16161616学时学时学时学时 教材、参考书与课时安排本门课程的学习内容u 第1章 绪论（2学时）u 第2章 C+语
2、言对C语言的扩充（4学时）u 第3章 类和对象（6学时）u 第4章 友元（2学时）u 第5章 继承与派生（6学时）u 第6章 多态性和虚函数（6学时）u 第7章 C+语言的输入输出流库（2学时）u 第8章 异常处理（2学时）第第第第1 1章章章章 绪绪绪绪 论论论论 1.11.1 面向对象方法的起源面向对象方法的起源 1.21.2 从面向过程从面向过程 转向面向对象转向面向对象 1.31.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念1.41.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性1.51.5 面向对象程序设计举例面向对象程序设计举例机机机机器器器器语语语语言言言言汇汇汇汇编编编编语语语语言言言言
3、高高高高级级级级语语语语言言言言面向过程面向过程面向过程面向过程面向对象面向对象面向对象面向对象CPU指令系统，由指令系统，由0、1序列构成的指令码组成序列构成的指令码组成如：如：10000000 加加 10010000 减减用助记符号描述的指令系统用助记符号描述的指令系统如如 ADD A,B面向机器的语言面向机器的语言1.1 1.1 面向对象方法的起源面向对象方法的起源机机机机器器器器语语语语言言言言汇汇汇汇编编编编语语语语言言言言高高高高级级级级语语语语言言言言面向过程面向过程面向过程面向过程面向对象面向对象面向对象面向对象程序设计是数据被加工的过程程序设计是数据被加工的过程客观世界可以分
4、类，对象是类的实例客观世界可以分类，对象是类的实例对象是数据和方法的封装对象是数据和方法的封装对象间通过发送和接受消息发生联系对象间通过发送和接受消息发生联系程序设计关键是定义类，并由类派生对象程序设计关键是定义类，并由类派生对象1.1 1.1 面向对象方法的起源面向对象方法的起源1 1、5050年代的程序都是用指令代码或汇编语言编写的年代的程序都是用指令代码或汇编语言编写的,60,60年代高级语言的出现大大简化了程序设计，缩短了软件开年代高级语言的出现大大简化了程序设计，缩短了软件开发周期。发周期。2 2、自、自6060年代末到年代末到7070年代初，出现了大型软件系统，如操年代初，出现了大
5、型软件系统，如操作系统、数据库，这给程序设计带来了新的问题。可靠性作系统、数据库，这给程序设计带来了新的问题。可靠性差，错误多，且不易维护和修改差，错误多，且不易维护和修改-软件危机软件危机软件危机软件危机。3 3、为了克服为了克服60年代出现的软件危机，年代出现的软件危机，1968年北约组织年北约组织提出提出“软件工程软件工程”的概念。对程序设计语言的认识从强调的概念。对程序设计语言的认识从强调表达能力为重点转向以结构化和简明性为重点，将程序从表达能力为重点转向以结构化和简明性为重点，将程序从语句序列转向相互作用的模块集合。语句序列转向相互作用的模块集合。1969年，年，E.W.Dijkst
6、ra首先提出了首先提出了结构化程序设计结构化程序设计的概念。的概念。4 4、经过几年的探索和实践，结构化程序设计的应用确实、经过几年的探索和实践，结构化程序设计的应用确实取得了成效，用该方法编写出来的程序不仅结构良好，且取得了成效，用该方法编写出来的程序不仅结构良好，且显著地减少软件的复杂性，提高软件的可靠性、可测试性显著地减少软件的复杂性，提高软件的可靠性、可测试性和可维护性。和可维护性。5 5、进入、进入8080年代，由于一系列高技术的研究，如计算机辅年代，由于一系列高技术的研究，如计算机辅助制造助制造CAMCAM和知识工程等领域的研究都迫切要求大型的软件和知识工程等领域的研究都迫切要求大
7、型的软件系统作为支撑。他们所用的数据类型也超出了常规的结构系统作为支撑。他们所用的数据类型也超出了常规的结构化数据类型的范畴，提出对图像、声音、规则等化数据类型的范畴，提出对图像、声音、规则等非结构化非结构化数据数据的管理。迫切要求软件模块具有更强的的管理。迫切要求软件模块具有更强的独立自治性独立自治性，以便于大型软件的管理、维护和重用。由于结构化语言的以便于大型软件的管理、维护和重用。由于结构化语言的数据类型较为简单，所以不能胜任对非结构化数据的定义数据类型较为简单，所以不能胜任对非结构化数据的定义与管理，采用过程调用机制使模块的独立性较差。与管理，采用过程调用机制使模块的独立性较差。6 6
8、、自、自8080年代以来，出现了年代以来，出现了面向对象面向对象程序设计流派，研制程序设计流派，研制出了多种面向对象程序设计语言（简称为出了多种面向对象程序设计语言（简称为OOPLOOPLOOPLOOPL：Object Object Oriented Programming LanguageOriented Programming Language），如），如AdaAda、SmalltalkSmalltalk、C+C+和当前使用在和当前使用在InternetInternet上的平台无关语言上的平台无关语言JavaJava等。等。7 7、由于、由于OOPLOOPL的的对象对象、类类具有高度的抽象
9、性，所以它能很具有高度的抽象性，所以它能很好地表达任何复杂的数据类型，也允许程序员灵活地定义自好地表达任何复杂的数据类型，也允许程序员灵活地定义自己所需要的数据类型。类本身具有很完整的己所需要的数据类型。类本身具有很完整的封装性封装性，满足模，满足模块独立自治的需求。再加上块独立自治的需求。再加上继承性继承性和和多态性多态性，增强了，增强了模块的可重用性，提高了软件的可靠性，缩短了模块的可重用性，提高了软件的可靠性，缩短了软件的开发周期。软件的开发周期。1.2 1.2 从从 面向过程面向过程 转向转向 面向对象面向对象 建立一个软件开发的全新的思维方式建立一个软件开发的全新的思维方式数据输入数
10、据输入数据输出数据输出函数或过程函数或过程特点特点:数据和过程相分离数据和过程相分离函数或过程函数或过程1.因为数据与过程分开，因此数据很容易在其作用域之因为数据与过程分开，因此数据很容易在其作用域之外被修改。这表明对数据的访问是不受控制且不可预知。外被修改。这表明对数据的访问是不受控制且不可预知。void A(String s);/pass by valuevoid B(String&s);/pass by referancevoid C(String*s);/pass by pointer2.因为数据与过程分开，因此编写过程时必须要考虑所因为数据与过程分开，因此编写过程时必须要考虑所要处理
11、的数据格式。这表明代码的可重用性不好。要处理的数据格式。这表明代码的可重用性不好。abs(i)/an int expression ifabs(x)/a floating-point expression x3.因为不能设置数据的可访问权限，增加了大型程序因为不能设置数据的可访问权限，增加了大型程序的复杂性。因此测试和调试更加困难。的复杂性。因此测试和调试更加困难。特点特点:数据和过程相分离数据和过程相分离例例例例1.2 1.2 从从 面向过程面向过程 转向转向 面向对象面向对象 面向对象程序设计将数据面向对象程序设计将数据及其操作放在一起，作为一及其操作放在一起，作为一个相互依存、不可分割的
12、整个相互依存、不可分割的整体体 对象对象。采用采用数据抽象数据抽象和和数据隐藏数据隐藏技术，将对象及其操作抽象技术，将对象及其操作抽象成一种新的数据类型成一种新的数据类型 类类。数据数据数据数据1 1 数据数据数据数据2 2 数据数据数据数据3 3 操作操作操作操作1 1 操作操作操作操作2 2 操作操作操作操作3 3 属性属性方法方法1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 数据数据数据数据1 1 数据数据数据数据2 2 数据数据数据数据3 3 操作操作操作操作1 1 操作操作操作操作2 2 操作操作操作操作3 3 属属性性方方法法1.类类(class)类类实质就是一种用户自定实
13、质就是一种用户自定义的数据类型。义的数据类型。可以把类想像成一种可以把类想像成一种高级高级的数据类型。的数据类型。structclass1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念1.类类(class)数据成员数据成员成员函数成员函数 class Stack private:struct Node int data;Node*next;*top;public:Stack()top=NULL;bool push(int i);bool pop(int&i);例例1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念2.对象对象(object)In oop,the term object h
14、as a very specific meaning:It is a self-contained entity encapsulating data and operations on the data.1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念2.对象对象(object)对象是类的一个对象是类的一个对象是类的一个对象是类的一个实例实例实例实例。对象与类的关系如同变量与数据类型之间的关系。对象与类的关系如同变量与数据类型之间的关系。对象与类的关系如同变量与数据类型之间的关系。对象与类的关系如同变量与数据类型之间的关系。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以
15、区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有一个对象具有一个对象具有一个对象具有一个状态状态状态状态，由其属性值集合所表征。，由其属性值集合所表征。，由其属性值集合所表征。，由其属性值集合所表征。对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的 一种一种一种一种行为行为行为行为。对象具有对象具有对象具有对象具有模块独立性模块独立性模块独立性模块独立性。对象具有对象具有对象具有对象具有动态连接性动态连接性动态连
16、接性动态连接性。Stack st1;/定义对象定义对象st1 Stack st2;/定义对象定义对象st2例例 对象是类的一个对象是类的一个对象是类的一个对象是类的一个实例实例实例实例。对象与类的关系如同数据类型与变量之间的关系。对象与类的关系如同数据类型与变量之间的关系。对象与类的关系如同数据类型与变量之间的关系。对象与类的关系如同数据类型与变量之间的关系。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有唯一标识名，可以区别于其他对象。对象具有一个对象具有一个对象具有一个对象具有一个状态状态状态状态，由其属性值集
17、合所表征。，由其属性值集合所表征。，由其属性值集合所表征。，由其属性值集合所表征。对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的对象有一组操作方法即服务，每个操作决定对象的 一种一种一种一种行为行为行为行为。对象具有对象具有对象具有对象具有模块独立性模块独立性模块独立性模块独立性。对象具有对象具有对象具有对象具有动态连接性动态连接性动态连接性动态连接性。1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念2.对象对象(object)从逻辑上看，一个对象是独立存在的模块。模从逻辑上看，一个对象是独立存在的模块。
18、模块内部状态不因外界的干扰而改变，也不会涉及到块内部状态不因外界的干扰而改变，也不会涉及到其他模块；模块间的依赖性极小或几乎没有；各模其他模块；模块间的依赖性极小或几乎没有；各模块可独立地被系统所组合选用，也可被程序员重用，块可独立地被系统所组合选用，也可被程序员重用，不必担心破坏其他模块。不必担心破坏其他模块。客观世界中的对象之间是有联系的，在面向对客观世界中的对象之间是有联系的，在面向对象程序设计中，通过象程序设计中，通过消息消息消息消息机制，把对象之间动态连机制，把对象之间动态连接在一起。接在一起。1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 3.消息消息(message)消息是
19、面向对象系统中实现对象之间的通信机制，消息是面向对象系统中实现对象之间的通信机制，是要求某个对象执行其中某个功能操作的规格说明。是要求某个对象执行其中某个功能操作的规格说明。对象所提供的任何行为（功能）都必须通过消息来对象所提供的任何行为（功能）都必须通过消息来调用，对象只有在接收到消息时才被激活。调用，对象只有在接收到消息时才被激活。消息一般由三部分组成：接受消息的对象名、调用消息一般由三部分组成：接受消息的对象名、调用操作名和必要的参数。操作名和必要的参数。st1.push(i);/向向st1发送消息，调用其成员函数发送消息，调用其成员函数push /push操作的功能是将数据操作的功能是
20、将数据i压入栈中压入栈中 例例1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 3.消息消息(message)消息具有三个性质：消息具有三个性质：同一对象可接收不同形式的多个同一对象可接收不同形式的多个消息，产生不同的响应；消息，产生不同的响应；相同形式的消息可以送给不同对相同形式的消息可以送给不同对象，所做出的响应可以是截然不同的；象，所做出的响应可以是截然不同的；消息的发送可以不考虑具体的接消息的发送可以不考虑具体的接收者，对象可以响应消息，也可以对收者，对象可以响应消息，也可以对消息不予理会，对消息的响应并不是消息不予理会，对消息的响应并不是必须的。必须的。st1.push(i);s
21、t1.pop(x);circle.draw();square.draw();例例1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 4.方法方法（method）方法就是对象所能执行的操作，也就是对象中的成员方法就是对象所能执行的操作，也就是对象中的成员函数。函数。方法包括界面和方法体两部分。方法包括界面和方法体两部分。方法的界面也称为方法的界面也称为接口接口，它给出了方法的调用模式；，它给出了方法的调用模式；方法体则是方法体则是实现实现某种操作的一系列计算步骤，也就是某种操作的一系列计算步骤，也就是一段程序。一段程序。对象提供的任何功能都必须通过消息进行调用，对象提供的任何功能都必须通过消息
22、进行调用，而该消息就是发送给对象所提供的接口的。而该消息就是发送给对象所提供的接口的。1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 4.方法方法（method）消息和方法的关系是：消息和方法的关系是：对象根据接收到的消息，调用相应的方法；反过对象根据接收到的消息，调用相应的方法；反过来，有了接口，对象才能响应相应的消息。所以消息来，有了接口，对象才能响应相应的消息。所以消息模式与方法界面（即接口）应该是一致的。同时，只模式与方法界面（即接口）应该是一致的。同时，只要接口保持不变，方法体的改动不会影响方法的调用。要接口保持不变，方法体的改动不会影响方法的调用。方法的实现细节对于用户来说是
23、不可见的，用户只需方法的实现细节对于用户来说是不可见的，用户只需向对象发送正确格式的消息即可。向对象发送正确格式的消息即可。1.3 1.3 面向对象的基本概念面向对象的基本概念 4.方法方法（method）消息和方法的关系是：消息和方法的关系是：对象根据接收到的消息，调用相应的方法；反过对象根据接收到的消息，调用相应的方法；反过来，有了接口，对象才能响应相应的消息。所以消息来，有了接口，对象才能响应相应的消息。所以消息模式与方法界面（即接口）应该是一致的。同时，只模式与方法界面（即接口）应该是一致的。同时，只要接口保持不变，方法体的改动不会影响方法的调用。要接口保持不变，方法体的改动不会影响方
24、法的调用。方法的实现细节对于用户来说是不可见的，用户只需方法的实现细节对于用户来说是不可见的，用户只需向对象发送正确格式的消息即可。向对象发送正确格式的消息即可。抽象是一种从一般的观点看待事物的方法，它要求程抽象是一种从一般的观点看待事物的方法，它要求程序员集中于事物的本质特征，而不是具体细节或具体实现。序员集中于事物的本质特征，而不是具体细节或具体实现。将一组对象的共同特征抽象出来，从而形成将一组对象的共同特征抽象出来，从而形成“类类”的的概念。类的概念来自人们认识自然社会的过程。在这一过程概念。类的概念来自人们认识自然社会的过程。在这一过程中，人们主要使用两种方法：中，人们主要使用两种方法
25、：归纳法归纳法和和演绎法演绎法。在归纳的过。在归纳的过程中，我们从一个个具体的事物中把共同的特征抽取出来，程中，我们从一个个具体的事物中把共同的特征抽取出来，形成一个一般的概念，这就是形成一个一般的概念，这就是“归类归类”；在演绎的过程中，；在演绎的过程中，我们把同类的事物，根据不同的特征分成不同的小类，这就我们把同类的事物，根据不同的特征分成不同的小类，这就是是“分类分类”。对于一个具体的类，它有许多具体的个体，我。对于一个具体的类，它有许多具体的个体，我们称这些个体叫做们称这些个体叫做“对象对象”。1.抽象性抽象性(abstract)1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性抽象
26、数据类型抽象数据类型:ADT(Abstract Data Type)1.抽象性抽象性(abstract)当一个数据类型仅暴露其公有接口，而将其私有实当一个数据类型仅暴露其公有接口，而将其私有实现隐藏起来，我们就称这个数据类型是抽象的。现隐藏起来，我们就称这个数据类型是抽象的。C+通过对类的支持提供了通过对类的支持提供了信息隐藏信息隐藏，而信息隐，而信息隐藏，特别是对低层实现细节的隐藏，藏，特别是对低层实现细节的隐藏，是构造抽象数据类是构造抽象数据类型的关键。型的关键。在抽象数据类型中提供某个功能的办法就是将该功在抽象数据类型中提供某个功能的办法就是将该功能以类的成员函数的形式能以类的成员函数的
27、形式封装封装起来。起来。1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 1.抽象性抽象性(abstract)class Stack private:struct Node int data;Node*next;*top;public:Stack()top=NULL;bool push(int i);bool pop(int&i);例例Stack Stack Stack Stack 类的压入和弹出类的压入和弹出类的压入和弹出类的压入和弹出操作是高层的，因为用户操作是高层的，因为用户操作是高层的，因为用户操作是高层的，因为用户不需要了解栈的底层实现，不需要了解栈的底层实现，不需要了解栈的底层
28、实现，不需要了解栈的底层实现，因此因此因此因此StackStackStackStack类是一种抽象类是一种抽象类是一种抽象类是一种抽象数据类型。数据类型。数据类型。数据类型。使用使用使用使用ADTADTADTADT将提高程序的可将提高程序的可将提高程序的可将提高程序的可靠性和健壮性。靠性和健壮性。靠性和健壮性。靠性和健壮性。C+C+C+C+能够实现能够实现能够实现能够实现ADTADTADTADT，是其，是其，是其，是其支持支持支持支持OOPOOPOOPOOP的有力工具。的有力工具。的有力工具。的有力工具。1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 1.4 1.4 面向对象系统的特性面
29、向对象系统的特性 2.封装性封装性（encapsulation)所谓封装就是指一组数据和与这组数据有关的操作所谓封装就是指一组数据和与这组数据有关的操作集合组装在一起，形成一个能动的实体，也就是对象。集合组装在一起，形成一个能动的实体，也就是对象。数据封装就是给数据提供了与外界联系的标准接口，无数据封装就是给数据提供了与外界联系的标准接口，无论是谁，只有通过这些接口，使用规范的方式，才能访论是谁，只有通过这些接口，使用规范的方式，才能访问这些数据。数据封装是软件工程发展的必然产物，使问这些数据。数据封装是软件工程发展的必然产物，使得程序员在设计程序时可以专注于自己的对象，同时也得程序员在设计程
30、序时可以专注于自己的对象，同时也切断了不同模块之间数据的非法使用，减少了出错的可切断了不同模块之间数据的非法使用，减少了出错的可能性。能性。1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 3.继承性（继承性（inhertance)从已有的对象类型出发建立一种新的对象类型，使它从已有的对象类型出发建立一种新的对象类型，使它继承原对象的特点和功能。继承是对许多问题中继承原对象的特点和功能。继承是对许多问题中分层特性分层特性的一种自然描述，因而也是类的具体化和被重用的一种手的一种自然描述，因而也是类的具体化和被重用的一种手段，它所表达的就是一种不同类之间的继承关系。它使得段，它所表达的就是一种
31、不同类之间的继承关系。它使得某类对象可以继承另外一类对象的特征和能力。某类对象可以继承另外一类对象的特征和能力。继承所具有的作用有两个方面：一方面可以减少代码继承所具有的作用有两个方面：一方面可以减少代码冗余；另一方面可以通过协调性来减少相互之间的接口和冗余；另一方面可以通过协调性来减少相互之间的接口和界面。界面。1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 3.继承性（继承性（inheritance)从继承源上划分，继承可分为从继承源上划分，继承可分为单一继承单一继承和和多重继承多重继承 第第5 5章章父父 类类子子 类类 1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 4.多
32、态性多态性(polymorphism)不同的对象接收到相同的消息时产生多种完全不同的不同的对象接收到相同的消息时产生多种完全不同的行为的现象称为多态性。行为的现象称为多态性。C+语言支持两种多态性即编译语言支持两种多态性即编译时的多态性和运行时的多态性。编译时的多态性通过时的多态性和运行时的多态性。编译时的多态性通过重载重载函数函数实现，而运行时的多态性通过实现，而运行时的多态性通过虚函数虚函数实现。使用多态实现。使用多态性可以大大提高我们解决复杂问题的能力。性可以大大提高我们解决复杂问题的能力。1.4 1.4 面向对象系统的特性面向对象系统的特性 4.多态性多态性(polymorphism)
33、多态与继承紧密相关，多态性指的是同样的消息能被多态与继承紧密相关，多态性指的是同样的消息能被多态与继承紧密相关，多态性指的是同样的消息能被多态与继承紧密相关，多态性指的是同样的消息能被发送到父类的对象和它的子类的对象，从而产生多种完全发送到父类的对象和它的子类的对象，从而产生多种完全发送到父类的对象和它的子类的对象，从而产生多种完全发送到父类的对象和它的子类的对象，从而产生多种完全不同的行为。不同的行为。不同的行为。不同的行为。shape+draw()rectangle+draw()circle+draw()1.5 1.5 面向对象程序设计举例面向对象程序设计举例分析：在面向对象程序设计中，程
34、序是由不同的对象构成的；类是一种用户自定义的数据类型，通过类定义的变量称为对象；类和对象构成面向对象程序设计的不同模块；通过不同的对象发送消息即可完成相应的操作。使用面向对象程序设计方法，编写使用面向对象程序设计方法，编写使用面向对象程序设计方法，编写使用面向对象程序设计方法，编写一对堆栈一对堆栈一对堆栈一对堆栈 进行处理的程序，包括压栈和弹栈进行处理的程序，包括压栈和弹栈进行处理的程序，包括压栈和弹栈进行处理的程序，包括压栈和弹栈操作。操作。操作。操作。P11P11The trick of learning The trick of learning programming isprogramming is practice practice,practice and practice!,practice and practice!
