第1章面向对象基础知识[1]

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1、,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,C++面向对象程序设计,Object-Oriented Programming in C++,1,课程概述 (Course Outline),第一章 面向对象的基础知识,,第二章 C++编程基础,,第三章 C++的函数,,第四章 对象和类 ( Object & Class ),,第五章 类的应用,,第六章 运算符的重载 (Overloading Operators),2,,第七章 继承 (Inheritance),,第八章 虚函数与多态性 (Virtual function & Pol

2、ymorphism),,第九章 C++的I/O (Input & Output),,第十章 模板和异常 (Template & Exception),,第十一章 标准模板库 (STL Standard Template Library),,第十二章 面向对象程序设计技术,,3,,第一章面向对象的基本知识,面向对象程序设计诞生的原因,,,1.1,面向过程语言,,,,1.2,面向对象的程序设计,,2.,面向对象语言的特征,,,2.1,封装,,,2.2,继承,,,2.3,多态,,3. C++,和,C,,面向对象的软件开发,,UML,建模语言,4,,概述,本章将介绍面向对象程序设计（Object-O

3、riented Programming, OOP) 诞生的原因，为什么需要OOP，有什么它可以做到，而传统的编程语言如C, Pascal, BASIC 却做不到的? OOP 需要遵循什么原则？C++和C语言之间有什么联系？为什么需要用UML?,,,5,,1. 面向对象程序设计诞生的原因,1.1 面向过程语言 (Procedural Language),,C, Pascal, FORTRAN, 以及其它的语言，都被称为面向过程的语言，也就是说，这些语言中的每一个语句都在告诉计算机该做什么：接受输入，求和，除以3，显示输出等等。,,当程序变大时，一个面向过程的程序被划分成了多个函数，每个函数都有明

4、确的定义及实现。,6,,把大量的函数聚集到一起就形成一个模块（module) ，这样的模块常常是一个文件。,,把程序划分为函数和模块是结构化程序设计(structured programming) 的基石,,7,,1.1.1 面向过程设计的问题,,随着项目复杂度的增加，面向过程设计也显得使项目越来越难以维护，管理。,,原因是什么？有两个相互关联的问题：,,函数能够不受限制地访问全局变量,,函数和数据之间缺乏联系。,8,,1.1.2 面向过程范例,在大型程序中，有非常多的函数和全局数据，它们之间有巨大的潜在连接。大量的连接会导致程序结构很难概念化，而且使得程序很难修改。,全局变量,,全局变量,,

5、全局变量,,函数,函数,函数,函数,9,,1.2 面向对象的程序设计,与结构化程序设计方法相比，更符合人类认识现实世界的思维方式,,已成为程序设计的主流方向,,10,,1.2.1,现实世界建模,对象,,现实世界中,,万物皆对象,,都具有各自的,属性,（名词），对外界都呈现各自的,行为,（动词）,,属性,: 对于人，眼睛的颜色，职位是属性。,,行为,：行为是现实世界中的对象对于某些刺激的反应。,11,,程序中,,一切都是对象,,都具有标识,(identity),,属性和行为(,behavior),,现实世界中的属性相当于程序中的数据，它们都有一个特定的值。,,行为就如同一个函数，通过函数(fun

6、ction) 实现他的行为, 即为了做某事调用一个函数，然后该函数再执行请求。,12,,例：,,钟表,,数据(属性),,int,Hour,; int,Minute,; int,Second,;,,方法(行为),,SetTime(),;,ShowTime(),;,,,13,,例：,,学生,,数据(属性),,String,name,; int ID; int Eng; int,Math,;,,方法(行为),,统计成绩,,,getEng(), getMath(),,getTotal(),,14,,类,,将属性及行为相同或相似的对象归为一,,类。,,类可以看成是对象的抽象，代表了此类对象所具有的共

7、有属性和行为。,,可以将现实生活中的对象经过抽象，映射为程序中的对象。对象在程序中是通过一种抽象数据类型来描述的，这种抽象数据类型称为类（Class）。,,对象是类的具体实例。,,,15,,2. 面向对象语言的特征（C++）,对象(Object),：当采用一门面向对象语言来解决程序设计问题时，不用再问如何将问题划分为函数，而要问如何将它划分为对象。,牢记：用对象而不是函数来思考问题,。,,,类(Class),：类是许多相似对象的共同性描述，它如同一个计划或蓝图，指出这个类的对象包含了哪些数据和函数。但定义类并不会创建任何对象。对象常常也被称为类的实例（Instance)。,,16,,面向对象程

8、序设计涉及的主要概念,,封装,,继承,,多态,,17,,封装（encapsulation)：将数据和它的函数装进一个实体，这就是面向对象方法一个重要特征。,,对象通过操作接口（函数）与外部发生联系，而内部的具体细节则被隐藏起来，对外是不可见的。,,,2.1,封装 (encapsulation),18,,对象的函数在C++中叫做成员函数（member function), 它提供了访问该对象内数据的唯一途径。也就是说，如果想读取一个对象内的数据项(data member), 就必须调用该对象的成员函数。这样可以避免数据被意外改变。,19,,面向对象范例,典型的C++程序由许多对象组成，它们通过调

9、用相互的成员函数来进行通信。,,数据,数据,数据,成员函数,成员函数,成员函数,成员函数,成员函数,成员函数,对象1,对象2,对象3,20,,对象的类比 （公司示例）,销售数据,人力资源数据,财务数据,销售经理,秘书,人力资源经理,人力资源部职员,首席财务官,财务助理,销售部门,人力资源部,财务部,21,,类的基本思想引出了继承的概念。日常生活中将类分为子类的例子：交通工具类可分为轿车，卡车，公共汽车等等。,,除了与类的其他成员所共有的特征，每个子类还有它自己的特征。,2.2,继承,(Inheritance),22,,基类和派生类：在C++中，原始的类称为基类（Base Class), 由它继

10、承的类定义时共享它的特征，也可加入自己的特征，这些类被称为派生类（Derived Class)。,特征A,特征B,特征A,特征B,特征C,特征A,特征B,特征D,特征E,特征A,特征B,特征F,23,,Type,Brand,Type,Brand,Horn,Type,Brand,Engine,Airbag,Type,Brand,Seats,Vehicle,Bicycle,,MotoVehicle,Airplane,24,,可重用性,(reusability) 继承的概念为可重用性的思想提供了重要的扩展。程序员可以使用已存在的类，生成派生类，自由地增加其他的特征和功能。 可轻松重用已存在的软件是O

11、OP的一个主要优点。,,25,,2.3 多态,多态,(Polymorphism) 指相同的行为被不同的对象来执行时，可以有不同的实现方式，而用哪一种方式取决于它所操作的内容。,,26,,3. C++和C,C++的由来：C是一种面向过程的语言，AT&T Bell Lab的Bjarne Strustrump 在C语言的基础上进行了修改和扩充，开发出支持面向对象的程序设计的C++.,,C++和C的关系：C++是C语言的一个超集，几乎所有C中正确的语句在C++中也同样是正确的，反之却不成立。,27,,4. 面向对象的软件开发,1、面向对象分析（Object oriented analysis, OOA

12、),,系统分析员和用户一起，对用户的需求做出分析和明确的描述。从客观存在的事物和它们之间的关系归纳出有关的对象及其关系，并将具有相同属性和行为的对象用一个类来表示。,,2、面向对象设计,（,Object oriented design,OOD),,根据需求，对每一部分分别进行具体的设计，首先是类的设计，可能包括多个层次（利用继承和派生机制），然后提出程序设计的思路和方法。,,,,28,,3、,面向对象编程（Object oriented programming, OOP),,选用适当的开发工具进行编程,,4、面向对象测试（Object oriented test, OOT),,对程序进行严格的

13、测试。,,5、面向对象维护（Object oriented software maintenance, OOSM),,,29,,UML (Unified Modeling Language) 是为计算机程序建模的一门图形化“语言”。“建模”就是创建某事物的简化表示，如，蓝图就是房子的模型。UML就是在考虑实际的代码细节之前，用图示将程序结构在很高的层次上表示出来。,,,5、UML 建模语言,30,,5.1 UML的起源,UML基于三门独立的建模语言：,,一门由Grady Boosh 在Rational Software 创建。,,一门由James Rumbaugh 在General Elect

14、ric 创建。,,一门由Ivar Jacobson 在Ericson建立。,,最后， James Rumbaugh 和 Ivar Jacobson 加入了Rational Software，他们在20世纪90年代末统一了各自的建模语言，提出了统一建模语言(UML)。接着，OMG(Object Management Group)采用了这个结果。,31,,5.2 为何需要UML?,对于大型的程序，仅仅看源代码很难搞清楚其各部分之间的联系。UML 正是提供了一种方法去知道程序概貌，并能描述程序的主要部分和它们是如何一起工作的。,,除了帮助理解一个程序是如何工作外，它能帮助进行程序的初始设计。实际上，

15、从规范文档，测试到维护，UML在软件开发的所有阶段都是有用的。,32,,5.3 UML的图集,UML 最重要的部分是9种类图。如：,,类图(Class Diagram)表示类之间的关系。,,对象图(Object Diagram)表示特定对象之间的关系。,,时序图(Sequence Diagram)表示对象之间在时间上的通信。,,协作图(Collaboration Diagram)按照时间和空间顺序表示对象之间的交互和它们之间的关系。,33,,状态图(State Diagram)表示对象的状态和响应。,,用例图(User Case Diagram)表示程序用户如何与程序交互。,,活动图(Activity Diagram)表示系统元素的活动。,,组件图(Component Diagram)表示实现系统的元素的组织。,,配置图(Deployment Diagram)表示环境的配置,,34,,UML 的建模机制,,UML有两套建模机制：静态建模机制和动态建模机制。,,静态建模机制包括用例图，类图，对象，包，组件图和配置图。,,动态建模机制包括消息，状态图，时序图，协作图，活动图。,,,,35,,