第8类和对象00001

第第8章章 类和对象类和对象第第9章章 关于类和对象的进一步讨论关于类和对象的进一步讨论第第10章章 运算符重载运算符重载第第3 3篇篇基于对象的程序设计基于对象的程序设计第第8章章 类和对象类和对象8.1 面向对象程序设计方法概述面向对象程序设计方法概述8.2 类的声明和对象的定义类的声明和对象的定义8.3 类的成员函数类的成员函数8.4 对象成员的引用对象成员的引用8.5 类的封装性和信息隐蔽类的封装性和信息隐蔽8.6 类和对象的简单应用举例类和对象的简单应用举例到目前为止，我们介绍的是到目前为止，我们介绍的是C+在面向过程的程序在面向过程的程序设计中的应用。对于规模比较小的程序，编程者可设计中的应用。对于规模比较小的程序，编程者可以直接编写出一个面向过程的程序，详细地描述每以直接编写出一个面向过程的程序，详细地描述每一瞬时的数据结构及对其的操作过程。但是当程序一瞬时的数据结构及对其的操作过程。但是当程序规模较大时，就显得力不从心了。规模较大时，就显得力不从心了。C+就是为了解就是为了解决编写大程序过程中的困难而产生的。决编写大程序过程中的困难而产生的。8.1 面向对象程序设计方法概述面向对象程序设计方法概述面向对象的程序设计的思路和人们日常生活中处理面向对象的程序设计的思路和人们日常生活中处理问题的思路是相似的。在自然世界和社会生活中，问题的思路是相似的。在自然世界和社会生活中，一个复杂的事物总是由许多部分组成的。一个复杂的事物总是由许多部分组成的。当人们生产汽车时，分别设计和制造发动机、底盘、当人们生产汽车时，分别设计和制造发动机、底盘、车身和轮子，最后把它们组装在一起。在组装时，车身和轮子，最后把它们组装在一起。在组装时，各部分之间有一定的联系，以便协调工作。各部分之间有一定的联系，以便协调工作。这就是面向对象的程序设计的基本思路。这就是面向对象的程序设计的基本思路。为了进一步说明问题，下面先讨论几个有关的概念。为了进一步说明问题，下面先讨论几个有关的概念。8.1.1 什么是面向对象的程序设计什么是面向对象的程序设计1.对象对象客观世界中任何一个事物都可以看成一个对象客观世界中任何一个事物都可以看成一个对象(object)。对象可大可小。对象是构成系统的基本单位。对象可大可小。对象是构成系统的基本单位。任何一个对象都应当具有这两个要素，即属性任何一个对象都应当具有这两个要素，即属性(attribute)和行为和行为(behavior)，它能根据外界给的信它能根据外界给的信息进行相应的操作。一个对象往往是由一组属性和息进行相应的操作。一个对象往往是由一组属性和一组行为构成的。一般来说，凡是具备属性和行为一组行为构成的。一般来说，凡是具备属性和行为这两种要素的，都可以作为对象。这两种要素的，都可以作为对象。在一个系统中的多个对象之间通过一定的渠道相互在一个系统中的多个对象之间通过一定的渠道相互联系，如图联系，如图8.1示意。要使某一个对象实现某一种示意。要使某一个对象实现某一种行为行为(即操作即操作)，应当向它传送相应的消息。对象之，应当向它传送相应的消息。对象之间就是这样通过发送和接收消息互相联系的。间就是这样通过发送和接收消息互相联系的。图图8.1 图图8.2面向对象的程序设计采用了以上人们所熟悉的这种面向对象的程序设计采用了以上人们所熟悉的这种思路。使用面向对象的程序设计方法设计一个复杂思路。使用面向对象的程序设计方法设计一个复杂的软件系统时，首要的问题是确定该系统是由哪些的软件系统时，首要的问题是确定该系统是由哪些对象组成的，并且设计这些对象。在对象组成的，并且设计这些对象。在C+中，每个中，每个对象都是由数据和函数对象都是由数据和函数(即操作代码即操作代码)这两部分组成这两部分组成的的,见图见图8.2。数据体现了前面提到的。数据体现了前面提到的“属性属性”，如，如一个三角形对象，它的一个三角形对象，它的3个边长就是它的属性。函个边长就是它的属性。函数是用来对数据进行操作的，以便实现某些功能，数是用来对数据进行操作的，以便实现某些功能，例如可以通过边长计算出三角形的面积，并且输出例如可以通过边长计算出三角形的面积，并且输出三角形的边长和面积。计算三角形面积和输出有关三角形的边长和面积。计算三角形面积和输出有关数据就是前面提到的行为，在程序设计方法中也称数据就是前面提到的行为，在程序设计方法中也称为方法为方法(method)。调用对象中的函数就是向该对象调用对象中的函数就是向该对象传送一个消息传送一个消息(message)，要求该对象实现某一行要求该对象实现某一行为为(功能功能)。2.封装与信息隐蔽封装与信息隐蔽可以对一个对象进行封装处理，把它的一部分属性可以对一个对象进行封装处理，把它的一部分属性和功能对外界屏蔽，也就是说从外界是看不到的和功能对外界屏蔽，也就是说从外界是看不到的,甚至是不可知的。甚至是不可知的。这样做的好处是大大降低了操作对象的复杂程度。这样做的好处是大大降低了操作对象的复杂程度。面向对象程序设计方法的一个重要特点就是面向对象程序设计方法的一个重要特点就是“封装封装性性”(encapsulation)，所谓所谓“封装封装”，指两方面的，指两方面的含义：含义：一是将有关的数据和操作代码封装在一个一是将有关的数据和操作代码封装在一个对象中，形成一个基本单位，各个对象之间相对独对象中，形成一个基本单位，各个对象之间相对独立，互不干扰。二是将对象中某些部分对外隐蔽，立，互不干扰。二是将对象中某些部分对外隐蔽，即隐蔽其内部细节，只留下少量接口，以便与外界即隐蔽其内部细节，只留下少量接口，以便与外界联系，接收外界的消息。这种对外界隐蔽的做法称联系，接收外界的消息。这种对外界隐蔽的做法称为信息隐蔽为信息隐蔽(imformation hiding)。信息隐蔽还有利信息隐蔽还有利于数据安全，防止无关的人了解和修改数据。于数据安全，防止无关的人了解和修改数据。C+的对象中的函数名就是对象的对外接口，外界的对象中的函数名就是对象的对外接口，外界可以通过函数名来调用这些函数来实现某些行为可以通过函数名来调用这些函数来实现某些行为(功能功能)。这些将在以后详细介绍。这些将在以后详细介绍。3.抽象抽象在程序设计方法中，常用到抽象在程序设计方法中，常用到抽象(abstraction）这一这一名词。抽象的过程是将有关事物的共性归纳、集中名词。抽象的过程是将有关事物的共性归纳、集中的过程。的过程。抽象的作用是表示同一类事物的本质。抽象的作用是表示同一类事物的本质。C和和C+中中的数据类型就是对一批具体的数的抽象。的数据类型就是对一批具体的数的抽象。对象是具体存在的，如一个三角形可以作为一个对对象是具体存在的，如一个三角形可以作为一个对象，象，10个不同尺寸的三角形是个不同尺寸的三角形是10个对象。如果这个对象。如果这10个三角形对象有相同的属性和行为，可以将它们抽个三角形对象有相同的属性和行为，可以将它们抽象为一种类型，称为三角形类型。在象为一种类型，称为三角形类型。在C+中，这种中，这种类型就称为类型就称为“类类(class)”。这这10个三角形就是属于个三角形就是属于同一同一“类类”的对象。类是对象的抽象，而对象则是的对象。类是对象的抽象，而对象则是类的特例，或者说是类的具体表现形式。类的特例，或者说是类的具体表现形式。4.继承与重用继承与重用如果在软件开发中已经建立了一个名为如果在软件开发中已经建立了一个名为A的的“类类”，又想另外建立一个名为又想另外建立一个名为B的的“类类”，而后者与前者，而后者与前者内容基本相同，只是在前者的基础上增加一些属性内容基本相同，只是在前者的基础上增加一些属性和行为，只需在类和行为，只需在类A的基础上增加一些新内容即可。的基础上增加一些新内容即可。这就是面向对象程序设计中的继承机制。利用继承这就是面向对象程序设计中的继承机制。利用继承可以简化程序设计的步骤。可以简化程序设计的步骤。“白马白马”继承了继承了“马马”的基本特征，又增加了新的的基本特征，又增加了新的特征特征(颜色颜色)，“马马”是父类，或称为基类，是父类，或称为基类，“白马白马”是从是从“马马”派生出来的，称为子类或派生类。派生出来的，称为子类或派生类。C+提供了继承机制，采用继承的方法可以很方便提供了继承机制，采用继承的方法可以很方便地利用一个已有的类建立一个新的类。这就是常说地利用一个已有的类建立一个新的类。这就是常说的的“软件重用软件重用”(software reusability)的思想。的思想。5.多态性多态性如果有几个相似而不完全相同的对象，有时人们要如果有几个相似而不完全相同的对象，有时人们要求在向它们发出同一个消息时，它们的反应各不相求在向它们发出同一个消息时，它们的反应各不相同，分别执行不同的操作。这种情况就是多态现象。同，分别执行不同的操作。这种情况就是多态现象。如，在如，在Windows环境下，用鼠标双击一个文件对象环境下，用鼠标双击一个文件对象(这就是向对象传送一个消息这就是向对象传送一个消息)，如果对象是一个可，如果对象是一个可执行文件，则会执行此程序，如果对象是一个文本执行文件，则会执行此程序，如果对象是一个文本文件，则启动文本编辑器并打开该文件。文件，则启动文本编辑器并打开该文件。在在C+中，所谓多态性中，所谓多态性(polymorphism)是指：是指：由继由继承而产生的相关的不同的类，其对象对同一消息会承而产生的相关的不同的类，其对象对同一消息会作出不同的响应。多态性是面向对象程序设计的一作出不同的响应。多态性是面向对象程序设计的一个重要特征，能增加程序的灵活性。个重要特征，能增加程序的灵活性。传统的面向过程程序设计是围绕功能进行的，用一传统的面向过程程序设计是围绕功能进行的，用一个函数实现一个功能。所有的数据都是公用的，一个函数实现一个功能。所有的数据都是公用的，一个函数可以使用任何一组数据，而一组数据又能被个函数可以使用任何一组数据，而一组数据又能被多个函数所使用（见图多个函数所使用（见图8.3）。）。图图8.38.1.2 面向对象程序设计的特点面向对象程序设计的特点面向对象程序设计采取的是另外一种思路。它面对面向对象程序设计采取的是另外一种思路。它面对的是一个个对象。实际上，每一组数据都是有特定的是一个个对象。实际上，每一组数据都是有特定的用途的，是某种操作的对象。也就是说，一组操的用途的，是某种操作的对象。也就是说，一组操作调用一组数据。作调用一组数据。程序设计者的任务包括两个方面：程序设计者的任务包括两个方面：一是设计所需一是设计所需的各种类和对象，即决定把哪些数据和操作封装在的各种类和对象，即决定把哪些数据和操作封装在一起；二是考虑怎样向有关对象发送消息，以完成一起；二是考虑怎样向有关对象发送消息，以完成所需的任务。这时他如同一个总调度，不断地向各所需的任务。这时他如同一个总调度，不断地向各个对象发出命令，让这些对象活动起来个对象发出命令，让这些对象活动起来(或者说激或者说激活这些对象活这些对象)，完成自己职责范围内的工作。各个，完成自己职责范围内的工作。各个对象的操作完成了，整体任务也就完成了。显然，对象的操作完成了，整体任务也就完成了。显然，对一个大型任务来说，面向对象程序设计方法是十对一个大型任务来说，面向对象程序设计方法是十分有效的，它能大大降低程序设计人员的工作难度，分有效的，它能大大降低程序设计人员的工作难度，减少出错机会。减少出错机会。类是类是C+中十分重要的概念，它是实现面向对象程中十分重要的概念，它是实现面向对象程序设计的基础。类是所有面向对象的语言的共同特序设计的基础。类是所有面向对象的语言的共同特征，所有面向对象的语言都提供了这种类型。一个征，所有面向对象的语言都提供了这种类型。一个有一定规模的有一定规模的C+程序是由许多类所构成的。程序是由许多类所构成的。C+支持面向过程的程序设计，也支持基于对象的支持面向过程的程序设计，也支持基于对象的程序设计，又支持面向对象的程序设计。在本章到程序设计，又支持面向对象的程序设计。在本章到第第10章将介绍基于对象的程序设计。包括类和对象章将介绍基于对象的程序设计。包括类和对象的概念、类的机制和声明、类对象的定义与使用等。的概念、类的机制和声明、类对象的定义与使用等。这是面向对象的程序设计的基础。这是面向对象的程序设计的基础。8.1.3 类和对象的作用类和对象的作用基于对象就是基于类。与面向过程的程序不同，基基于对象就是基于类。与面向过程的程序不同，基于对象的程序是以类和对象为基础的，程序的操作于对象的程序是以类和对象为基础的，程序的操作是围绕对象进行的。在此基础上利用了继承机制和是围绕对象进行的。在此基础上利用了继承机制和多态性，就成为面向对象的程序设计多态性，就成为面向对象的程序设计(有时不细分有时不细分基于对象程序设计和面向对象程序设计，而把二者基于对象程序设计和面向对象程序设计，而把二者合称为面向对象的程序设计合称为面向对象的程序设计)。基于对象程序设计所面对的是一个个对象。所有的基于对象程序设计所面对的是一个个对象。所有的数据分别属于不同的对象。数据分别属于不同的对象。在面向过程的结构化程序设计中，人们常使用这样在面向过程的结构化程序设计中，人们常使用这样的公式来表述程序：的公式来表述程序：程序程序=算法数据结构算法数据结构算法和数据结构两者是互相独立、分开设计的，面算法和数据结构两者是互相独立、分开设计的，面向过程的程序设计是以算法为主体的。在实践中人向过程的程序设计是以算法为主体的。在实践中人们逐渐认识到算法和数据结构是互相紧密联系不可们逐渐认识到算法和数据结构是互相紧密联系不可分的，应当以一个算法对应一组数据结构，而不宜分的，应当以一个算法对应一组数据结构，而不宜提倡一个算法对应多组数据结构，以及一组数据结提倡一个算法对应多组数据结构，以及一组数据结构对应多个算法。基于对象和面向对象程序设计就构对应多个算法。基于对象和面向对象程序设计就是把一个算法和一组数据结构封装在一个对象中。是把一个算法和一组数据结构封装在一个对象中。因此，就形成了新的观念：因此，就形成了新的观念：对象对象=算法算法 数据结构数据结构程序程序=(对象对象+对象对象+对象对象+)+消息消息 或：或：程序程序=对象对象s+消息消息“对象对象s”表示多个对象。消息的作用就是对对象的表示多个对象。消息的作用就是对对象的控制。程序设计的关键是设计好每一个对象，及确控制。程序设计的关键是设计好每一个对象，及确定向这些对象发出的命令，使各对象完成相应操作。定向这些对象发出的命令，使各对象完成相应操作。随着软件规模的迅速增大，软件人员面临的问题十随着软件规模的迅速增大，软件人员面临的问题十分复杂。需要规范整个软件开发过程，明确软件开分复杂。需要规范整个软件开发过程，明确软件开发过程中每个阶段的任务，在保证前一个阶段工作发过程中每个阶段的任务，在保证前一个阶段工作的正确性的情况下，再进行下一阶段的工作。这就的正确性的情况下，再进行下一阶段的工作。这就是软件工程学需要研究和解决的问题。是软件工程学需要研究和解决的问题。面向对象的软件工程包括以下几个部分：面向对象的软件工程包括以下几个部分：8.1.4 面向对象的软件开发面向对象的软件开发1.面向对象分析面向对象分析(object oriented analysis,OOA)软件工程中的系统分析阶段，系统分析员要和用户软件工程中的系统分析阶段，系统分析员要和用户结合在一起，对用户的需求作出精确的分析和明确结合在一起，对用户的需求作出精确的分析和明确的描述，从宏观的角度概括出系统应该做什么的描述，从宏观的角度概括出系统应该做什么(而而不是怎么做不是怎么做)。面向对象的分析，要按照面向对象。面向对象的分析，要按照面向对象的概念和方法，在对任务的分析中，从客观存在的的概念和方法，在对任务的分析中，从客观存在的事物和事物之间的关系，归纳出有关的对象事物和事物之间的关系，归纳出有关的对象(包括包括对象的属性和行为对象的属性和行为)以及对象之间的联系，并将具以及对象之间的联系，并将具有相同属性和行为的对象用一个类有相同属性和行为的对象用一个类(class)来表示。来表示。建立一个能反映真实工作情况的需求模型。建立一个能反映真实工作情况的需求模型。2.面向对象设计面向对象设计(object oriented design,OOD)根据面向对象分析阶段形成的需求模型，对每一部根据面向对象分析阶段形成的需求模型，对每一部分分别进行具体的设计，首先是进行类的设计，类分分别进行具体的设计，首先是进行类的设计，类的设计可能包含多个层次的设计可能包含多个层次(利用继承与派生利用继承与派生)。然后。然后以这些类为基础提出程序设计的思路和方法，包括以这些类为基础提出程序设计的思路和方法，包括对算法的设计。在设计阶段，并不牵涉某一种具体对算法的设计。在设计阶段，并不牵涉某一种具体的计算机语言，而是用一种更通用的描述工具的计算机语言，而是用一种更通用的描述工具(如如伪代码或流程图伪代码或流程图)来描述。来描述。3.面向对象编程面向对象编程(object oriented programming,OOP)根据面向对象设计的结果，用一种计算机语言把它根据面向对象设计的结果，用一种计算机语言把它写成程序，显然应当选用面向对象的计算机语言写成程序，显然应当选用面向对象的计算机语言(例如例如C+)，否则无法实现面向对象设计的要求。否则无法实现面向对象设计的要求。4.面向对象测试面向对象测试(object oriented test,OOT)在写好程序后交给用户使用前，必须对程序进行严在写好程序后交给用户使用前，必须对程序进行严格的测试。测试的目的是发现程序中的错误并改正格的测试。测试的目的是发现程序中的错误并改正它。面向对象测试是用面向对象的方法进行测试，它。面向对象测试是用面向对象的方法进行测试，以类作为测试的基本单元。以类作为测试的基本单元。5.面向对象维护面向对象维护(object oriented soft maintenance,OOSM)因为对象的封装性，修改一个对象对其他对象影响因为对象的封装性，修改一个对象对其他对象影响很小。利用面向对象的方法维护程序，大大提高了很小。利用面向对象的方法维护程序，大大提高了软件维护的效率。软件维护的效率。现在设计一个大的软件，是严格按照面向对象软件现在设计一个大的软件，是严格按照面向对象软件工程的工程的5个阶段进行的，这个阶段进行的，这5个阶段的工作不是由一个阶段的工作不是由一个人从头到尾完成的，而是由不同的人分别完成的。个人从头到尾完成的，而是由不同的人分别完成的。这样，这样，OOP阶段的任务就比较简单了，程序编写阶段的任务就比较简单了，程序编写者只需要根据者只需要根据OOD提出的思路用面向对象语言编提出的思路用面向对象语言编写出程序即可。在一个大型软件的开发中，写出程序即可。在一个大型软件的开发中，OOP只是面向对象开发过程中的一个很小的部分。只是面向对象开发过程中的一个很小的部分。如果所处理的是一个较简单的问题，可以不必严格如果所处理的是一个较简单的问题，可以不必严格按照以上按照以上5个阶段进行，往往由程序设计者按照面个阶段进行，往往由程序设计者按照面向对象的方法进行程序设计，包括类的设计向对象的方法进行程序设计，包括类的设计(或选或选用已有的类用已有的类)和程序的设计。和程序的设计。每一个实体都是对象。有一些对象是具有相同的结每一个实体都是对象。有一些对象是具有相同的结构和特性的。每个对象都属于一个特定的类型。构和特性的。每个对象都属于一个特定的类型。在在C+中对象的类型称为类中对象的类型称为类(class)。类代表了某一类代表了某一批对象的共性和特征。前面已说明：批对象的共性和特征。前面已说明：类是对象的类是对象的抽象，而对象是类的具体实例抽象，而对象是类的具体实例(instance)。正如同正如同结构体类型和结构体变量的关系一样，人们先声明结构体类型和结构体变量的关系一样，人们先声明一个结构体类型，然后用它去定义结构体变量。同一个结构体类型，然后用它去定义结构体变量。同一个结构体类型可以定义出多个不同的结构体变量。一个结构体类型可以定义出多个不同的结构体变量。8.2 类的声明和对象的定义类的声明和对象的定义 8.2.1 类和对象的关系类和对象的关系在在C+中也是先声明一个类类型，然后用它去定义中也是先声明一个类类型，然后用它去定义若干个同类型的对象。对象就是类类型的一个变量。若干个同类型的对象。对象就是类类型的一个变量。可以说类是对象的模板，是用来定义对象的一种抽可以说类是对象的模板，是用来定义对象的一种抽象类型。象类型。类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。在一开始时弄清对象和类的关系是十分存储空间。在一开始时弄清对象和类的关系是十分重要的。重要的。类是用户自己指定的类型。如果程序中要用到类类类是用户自己指定的类型。如果程序中要用到类类型，必须自己根据需要进行声明，或者使用别人已型，必须自己根据需要进行声明，或者使用别人已设计好的类。设计好的类。C+标准本身并不提供现成的类的名标准本身并不提供现成的类的名称、结构和内容。称、结构和内容。在在C+中声明一个类类型和声明一个结构体类型是中声明一个类类型和声明一个结构体类型是相似的。相似的。下面是声明一个结构体类型的方法：下面是声明一个结构体类型的方法：struct Student /声明了一个名为声明了一个名为Student的结构体类型的结构体类型 int num;char name20;char sex;Student stud1，stud2;/定义了两个结构体变量定义了两个结构体变量stud1和和stud28.2.2 声明类类型声明类类型它只包括数据，没有包括操作。现在声明一个类：它只包括数据，没有包括操作。现在声明一个类：class Student /以以class开头开头 int num;char name20;char sex;/以上以上3行是数据成员行是数据成员 void display()/这是成员函数这是成员函数coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;/以上以上4行是函数中的操作语句行是函数中的操作语句;Student stud1，stud2;/定义了两个定义了两个Student 类的对象类的对象stud1和和stud2 可以看到声明类的方法是由声明结构体类型的方法可以看到声明类的方法是由声明结构体类型的方法发展而来的。发展而来的。可以看到，类可以看到，类(class)就是对象的类型。实际上，类就是对象的类型。实际上，类是一种广义的数据类型。类这种数据类型中的数据是一种广义的数据类型。类这种数据类型中的数据既包含数据，也包含操作数据的函数。既包含数据，也包含操作数据的函数。不能把类中的全部成员与外界隔离，一般是把数据不能把类中的全部成员与外界隔离，一般是把数据隐蔽起来，而把成员函数作为对外界的接口。隐蔽起来，而把成员函数作为对外界的接口。可以将上面类的声明改为可以将上面类的声明改为class Student /声明类类型声明类类型 private:/声明以下部分为私有的声明以下部分为私有的int num;char name20;char sex;public:/声明以下部分为公用的声明以下部分为公用的void display()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;Student stud1，stud2;/定义了两个定义了两个Student 类的对象类的对象如果在类的定义中既不指定如果在类的定义中既不指定private，也不指定也不指定public，则系统就默认为是私有的。则系统就默认为是私有的。归纳以上对类类型的声明，可得到其一般形式如下：归纳以上对类类型的声明，可得到其一般形式如下：class 类名类名 private:私有的数据和成员函数私有的数据和成员函数;public:公用的数据和成员函数公用的数据和成员函数;private和和public称为成员访问限定符称为成员访问限定符(member access specifier)。除了除了private和和public之外，还有一种成员访问限定之外，还有一种成员访问限定符符protected(受保护的受保护的)，用，用protected声明的成员称声明的成员称为受保护的成员，它不能被类外访问为受保护的成员，它不能被类外访问(这点与私有这点与私有成员类似成员类似)，但可以被派生类的成员函数访问。，但可以被派生类的成员函数访问。在声明类类型时，声明为在声明类类型时，声明为private的成员和声明为的成员和声明为public的成员的次序任意，既可以先出现的成员的次序任意，既可以先出现private部部分，也可以先出现分，也可以先出现public部分。如果在类体中既不部分。如果在类体中既不写关键字写关键字private，又不写又不写public，就默认为就默认为private。在一个类体中，关键字在一个类体中，关键字private和和public可以分别出可以分别出现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限定符或类体结束时定符或类体结束时(最后一个右花括号最后一个右花括号)为止。但是为止。但是为了使程序清晰，应该养成这样的习惯：为了使程序清晰，应该养成这样的习惯：使每一使每一种成员访问限定符在类定义体中只出现一次。种成员访问限定符在类定义体中只出现一次。在以前的在以前的C+程序中，常先出现程序中，常先出现private部分，后出部分，后出现现public部分，如上面所示。现在的部分，如上面所示。现在的C+程序多数程序多数先写先写public部分，把部分，把private部分放在类体的后部。部分放在类体的后部。这样可以使用户将注意力集中在能被外界调用的成这样可以使用户将注意力集中在能被外界调用的成员上，使阅读者的思路更清晰一些。员上，使阅读者的思路更清晰一些。在在C+程序中，经常可以看到类。为了用户方便，程序中，经常可以看到类。为了用户方便，常用的常用的C+编译系统往往向用户提供类库编译系统往往向用户提供类库(但不属但不属于于C+语言的组成部分语言的组成部分)，内装常用的基本的类，内装常用的基本的类，供用户使用。不少用户也把自己或本单位经常用到供用户使用。不少用户也把自己或本单位经常用到的类放在一个专门的类库中，需要用时直接调用，的类放在一个专门的类库中，需要用时直接调用，这样就减少了程序设计的工作量这样就减少了程序设计的工作量。8.2.2节的程序段中，最后一行用已声明的节的程序段中，最后一行用已声明的Student类来定义对象，这种方法是很容易理解的。经过定类来定义对象，这种方法是很容易理解的。经过定义后，义后，stud1和和stud2就成为具有就成为具有Student类特征的对类特征的对象。象。stud1和和stud2这两个对象都分别包括这两个对象都分别包括Student类类中定义的数据和函数。中定义的数据和函数。定义对象也可以有几种方法。定义对象也可以有几种方法。8.2.3 定义对象的方法定义对象的方法1.先声明类类型，然后再定义对象先声明类类型，然后再定义对象前面用的就是这种方法，如前面用的就是这种方法，如Student stud1，stud2;/Student是已经声明的类类型是已经声明的类类型在在C+中，声明了类类型后，定义对象有两种形式。中，声明了类类型后，定义对象有两种形式。（1）class 类名类名 对象名对象名 如如 class Student stud1,stud2;把把class和和Student合起来作为一个类名，用来定义合起来作为一个类名，用来定义对象。对象。（2）类名类名 对象名对象名 如如 Student stud1，stud2;直接用类名定义对象。这两种方法是等效的。第直接用类名定义对象。这两种方法是等效的。第1种方法是从种方法是从C语言继承下来的，第语言继承下来的，第2种方法是种方法是C+的的特色，显然第特色，显然第2种方法更为简捷方便。种方法更为简捷方便。2.在声明类类型的同时定义对象在声明类类型的同时定义对象class Student /声明类类型声明类类型 public:/先声明公用部分先声明公用部分 void display()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;private:/后声明私有部分后声明私有部分int num;char name20;char sex;stud1，stud2;/定义了两个定义了两个Student类的对象类的对象在定义在定义Student类的同时，定义了两个类的同时，定义了两个Student 类的类的对象。对象。3.不出现类名，直接定义对象不出现类名，直接定义对象class /无类名无类名private:/声明以下部分为私有的声明以下部分为私有的 public:/声明以下部分为公用的声明以下部分为公用的 stud1，stud2;/定义了两个无类名的类对象定义了两个无类名的类对象直接定义对象，在直接定义对象，在C+中是合法的、允许的，但却中是合法的、允许的，但却很少用，也不提倡用。在实际的程序开发中，一般很少用，也不提倡用。在实际的程序开发中，一般都采用上面都采用上面3种方法中的第种方法中的第1种方法。在小型程序中种方法。在小型程序中或所声明的类只用于本程序时，也可以用第或所声明的类只用于本程序时，也可以用第2种方种方法。法。在定义一个对象时，编译系统会为这个对象分配存在定义一个对象时，编译系统会为这个对象分配存储空间，以存放对象中的成员储空间，以存放对象中的成员。C+增加了增加了class类型后，仍保留了结构体类型类型后，仍保留了结构体类型(struct)，而且把它的功能也扩展了。而且把它的功能也扩展了。C+允许用允许用struct来定义一个类型。如可以将前面用关键字来定义一个类型。如可以将前面用关键字class声明的类类型改为用关键字声明的类类型改为用关键字struct：struct Student /用关键字用关键字struct来声明一个类类型来声明一个类类型private:/声明以下部分为私有的声明以下部分为私有的int num;/以下以下3行为数据成员行为数据成员char name20;char sex;public:/声明以下部分为公用的声明以下部分为公用的 void display()/成员函数成员函数coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;Student stud1，stud2;/定义了两个定义了两个Student类的对象类的对象8.2.4 类和结构体类型的异同类和结构体类型的异同为了使结构体类型也具有封装的特征，为了使结构体类型也具有封装的特征，C+不是简不是简单地继承单地继承C的结构体，而是使它也具有类的特点，的结构体，而是使它也具有类的特点，以便于用于面向对象程序设计。用以便于用于面向对象程序设计。用struct声明的结声明的结构体类型实际上也就是类。构体类型实际上也就是类。用用struct声明的类，如果对其成员不作声明的类，如果对其成员不作private或或public的声明，系统将其默认为的声明，系统将其默认为public。如果想分。如果想分别指定私有成员和公用成员，则应用别指定私有成员和公用成员，则应用private或或public作显式声明。而用作显式声明。而用class定义的类，如果不作定义的类，如果不作private或或public声明，系统将其成员默认为声明，系统将其成员默认为private，在需要时也可以自己用显式声明改变。在需要时也可以自己用显式声明改变。如果希望成员是公用的，使用如果希望成员是公用的，使用struct比较方便，如比较方便，如果希望部分成员是私有的，宜用果希望部分成员是私有的，宜用class。建议尽量使建议尽量使用用class来建立类，写出完全体现来建立类，写出完全体现C+风格的程序。风格的程序。类的成员函数类的成员函数(简称类函数简称类函数)是函数的一种，它的用是函数的一种，它的用法和作用和第法和作用和第4章介绍过的函数基本上是一样的，章介绍过的函数基本上是一样的，它也有返回值和函数类型，它与一般函数的区别只它也有返回值和函数类型，它与一般函数的区别只是：是：它是属于一个类的成员，出现在类体中。它它是属于一个类的成员，出现在类体中。它可以被指定为可以被指定为private(私有的私有的)、public(公用的公用的)或或protected(受保护的受保护的)。在使用类函数时，要注意调。在使用类函数时，要注意调用它的权限用它的权限(它能否被调用它能否被调用)以及它的作用域以及它的作用域(函数能函数能使用什么范围中的数据和函数使用什么范围中的数据和函数)。例如私有的成员。例如私有的成员函数只能被本类中的其他成员函数所调用，而不能函数只能被本类中的其他成员函数所调用，而不能被类外调用。被类外调用。8.3 类的成员函数类的成员函数 8.3.1 成员函数的性质成员函数的性质成员函数可以访问本类中任何成员成员函数可以访问本类中任何成员(包括私有的和包括私有的和公用的公用的)，可以引用在本作用域中有效的数据。，可以引用在本作用域中有效的数据。一般的做法是将需要被外界调用的成员函数指定为一般的做法是将需要被外界调用的成员函数指定为public，它们是类的对外接口。但应注意，并非要它们是类的对外接口。但应注意，并非要求把所有成员函数都指定为求把所有成员函数都指定为public。有的函数并不有的函数并不是准备为外界调用的，而是为本类中的成员函数所是准备为外界调用的，而是为本类中的成员函数所调用的，就应该将它们指定为调用的，就应该将它们指定为private。这种函数的这种函数的作用是支持其他函数的操作，是类中其他成员的工作用是支持其他函数的操作，是类中其他成员的工具函数具函数(utility function)，类外用户不能调用这些私类外用户不能调用这些私有的工具函数。有的工具函数。类的成员函数是类体中十分重要的部分。如果一个类的成员函数是类体中十分重要的部分。如果一个类中不包含成员函数，就等同于类中不包含成员函数，就等同于C语言中的结构体语言中的结构体了，体现不出类在面向对象程序设计中的作用。了，体现不出类在面向对象程序设计中的作用。在前面已经看到成员函数是在类体中定义的。也可在前面已经看到成员函数是在类体中定义的。也可以在类体中只写成员函数的声明，而在类的外面进以在类体中只写成员函数的声明，而在类的外面进行函数定义。如行函数定义。如 class Student public:void display();/公用成员函数原型声明公用成员函数原型声明private:int num;string name;char sex;/以上以上3行是私有数据成员行是私有数据成员 ;void Student display()/在类外定义在类外定义display类函数类函数coutnum:numendl;/函数体函数体coutname:nameendl;coutsex:sexendl;Student stud1,stud2;/定义两个类对象定义两个类对象8.3.2 在类外定义成员函数在类外定义成员函数注意：注意：在类体中直接定义函数时，不需要在函数在类体中直接定义函数时，不需要在函数名前面加上类名，因为函数属于哪一个类是不言而名前面加上类名，因为函数属于哪一个类是不言而喻的。但成员函数在类外定义时，必须在函数名前喻的。但成员函数在类外定义时，必须在函数名前面加上类名，予以限定面加上类名，予以限定(qualifed)，“”是作用域是作用域限定符限定符(field qualifier)或称作用域运算符，用它声或称作用域运算符，用它声明函数是属于哪个类的。明函数是属于哪个类的。如果在作用域运算符如果在作用域运算符“”的前面没有类名，或者的前面没有类名，或者函数名前面既无类名又无作用域运算符函数名前面既无类名又无作用域运算符“”，如，如 display()或或 display()则表示则表示display函数不属于任何类，这个函数不是成函数不属于任何类，这个函数不是成员函数，而是全局函数，即非成员函数的一般普通员函数，而是全局函数，即非成员函数的一般普通函数。函数。类函数必须先在类体中作原型声明，然后在类外定类函数必须先在类体中作原型声明，然后在类外定义，也就是说类体的位置应在函数定义之前，否则义，也就是说类体的位置应在函数定义之前，否则编译时会出错。编译时会出错。虽然函数在类的外部定义，但在调用成员函数时会虽然函数在类的外部定义，但在调用成员函数时会根据在类中声明的函数原型找到函数的定义（函数根据在类中声明的函数原型找到函数的定义（函数代码），从而执行该函数。代码），从而执行该函数。在类的内部对成员函数作声明，而在类体外定义成在类的内部对成员函数作声明，而在类体外定义成员函数，这是程序设计的一种良好习惯。如果一个员函数，这是程序设计的一种良好习惯。如果一个函数，其函数体只有函数，其函数体只有23行，一般可在声明类时在行，一般可在声明类时在类体中定义。多于类体中定义。多于3行的函数，一般在类体内声明，行的函数，一般在类体内声明，在类外定义。在类外定义。关于内置关于内置(inline)函数，已在第函数，已在第4章第章第4.5节中作过介节中作过介绍。类的成员函数也可以指定为内置函数。绍。类的成员函数也可以指定为内置函数。在类体中定义的成员函数的规模一般都很小，而系在类体中定义的成员函数的规模一般都很小，而系统调用函数的过程所花费的时间开销相对是比较大统调用函数的过程所花费的时间开销相对是比较大的。调用一个函数的时间开销远远大于小规模函数的。调用一个函数的时间开销远远大于小规模函数体中全部语句的执行时间。为了减少时间开销，如体中全部语句的执行时间。为了减少时间开销，如果在类体中定义的成员函数中不包括循环等控制结果在类体中定义的成员函数中不包括循环等控制结构，构，C+系统会自动将它们作为内置系统会自动将它们作为内置(inline)函数来函数来处理。也就是说，在程序调用这些成员函数时，并处理。也就是说，在程序调用这些成员函数时，并不是真正地执行函数的调用过程不是真正地执行函数的调用过程(如保留返回地址如保留返回地址等处理等处理)，而是把函数代码嵌入程序的调用点。这，而是把函数代码嵌入程序的调用点。这样可以大大减少调用成员函数的时间开销。样可以大大减少调用成员函数的时间开销。8.3.3 inline 成员函数成员函数C+要求对一般的内置函数要用关键字要求对一般的内置函数要用关键字inline声明，声明，但对类内定义的成员函数，可以省略但对类内定义的成员函数，可以省略inline，因为因为这些成员函数已被隐含地指定为内置函数。如这些成员函数已被隐含地指定为内置函数。如 class Student public:void display()coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexendl;private:int num;string name;char sex;其中第其中第3行行void display()也可以写成也可以写成inline void display()将将display函数显式地声明为内置函数。以上两种写函数显式地声明为内置函数。以上两种写法是等效的。对在类体内定义的函数，一般都省写法是等效的。对在类体内定义的函数，一般都省写inline。应该注意的是：应该注意的是：如果成员函数不在类体内定义，如果成员函数不在类体内定义，而在类体外定义，系统并不把它默认为内置而在类体外定义，系统并不把它默认为内置(inline)函数，调用这些成员函数的过程和调用一般函数的函数，调用这些成员函数的过程和调用一般函数的过程是相同的。如果想将这些成员函数指定为内置过程是相同的。如果想将这些成员函数指定为内置函数，应当用函数，应当用inline作显式声明。如作显式声明。如class Student public:inline void display();/声明此成员函数为内置函数声明此成员函数为内置函数private:int num;string name;char sex;inline void Student display()/在类外定义在类外定义display函数为内置函数函数为内置函数coutnum:numendl;coutname:nameendl;coutsex:sexabc;可以用下面的语句来输出该类对象所占用的字节数：可以用下面的语句来输出该类对象所占用的字节数：coutsizeof(Time)endl;输出的值是输出的值是12。这就证明了一个对象所占的空间大。这就证明了一个对象所占的空间大小只取决于该对象中数据成员所占的空间，而与成小只取决于该对象中数据成员所占的空间，而与成员函数无关。函数代码是存储在对象空间之外的。员函数无关。函数代码是存储在对象空间之外的。如果对同一个类定义了如果对同一个类定义了10个对象，这些对象的成员个对象，这些对象的成员函数对应的是同一个函数代码段，而不是函数对应的是同一个函数代码段，而不是10个不同个不同的函数代码段。的函数代码段。需要注意的是：需要注意的是：虽然调用不同对象的成员函数时虽然调用不同对象的成员函数时都是执行同一段函数代码，但是执行结果一般是不都是执行同一段函数代码，但是执行结果一般是不相同的。不同的对象使用的是同一个函数代码段，相同的。不同的对象使用的是同一个函数代码段，它怎么能够分别对不同对象中的数据进行操作呢？它怎么能够分别对不同对象中的数据进行操作呢？原来原来C+为此专门设立了一个名为为此专门设立了一个名为this的指针，用的指针，用来指向不同的对象。来指向不同的对象。需要说明：需要说明：(1)不论成员函数在类内定义还是在类外定义，成不论成员函数在类内定义还是在类外定义，成员函数的代码段都用同一种方式存储。员函数的代码段都用同一种方式存储。(2)不要将成员函数的这种存储方式和不要将成员函数的这种存储方式和inline(内置内置)函数的概念混淆。函数的概念混淆。(3)应当说明：应当说明：常说的常说的“某某对象的成员函数某某对象的成员函数”，是从逻辑的角度而言的，而成员函数的存储方式，是从逻辑的角度而言的，而成员函数的存储方式，是从物理的角度而言的，二者是不矛盾的。是从物理的角度而言的，二者是不矛盾的。在程序中经常需要访问对象中的成员。访问对象中在程序中经常需要访问对象中的成员。访问对象中的成员可以有的成员可以有3种方法：种方法：通过对象名和成员运算符访问对象中的成员通过对象名和成员运算符访问对象中的成员;通过指向对象的指针访问对象中的成员通过指向对象的指针访问对象中的成员;通过对象的引用变量访问对象中的成员。通过对象的引用变量访问对象中的成员。8.4 对象成员的引用对象成员的引用例如在程序中可以写出以下语句：例如在程序中可以写出以下语句：stud1.num=1001;/假设假设num已定义为公用的整型数据成员已定义为公用的整型数据成员表示将整数表示将整数1001赋给对象赋给对象stud1中的数据成员中的数据成员num。其中其中“.”是成员运算符，用来对成员进行限定，是成员运算符，用来对成员进行限定，指明所访问的是哪一个对象中的成员。注意不能只指明所访问的是哪一个对象中的成员。注意不能只写成员名而忽略对象名。写成员名而忽略对象名。访问对象中成员的一般形式为访问对象中成员的一般形式为对象名对象名.成员名成员名不仅可以在类外引用对象的公用数据成员，而且还不仅可以在类外引用对象的公用数据成员，而且还可以调用对象的公用成员函数，但同样必须指出对可以调用对象的公用成员函数，但同样必须指出对象名，如象名，如8.4.1 通过对象名和成员运算符访问对象中的成通过对象名和成员运算符访问对象中的成员员stud1.display();/正确，调用对象正确，调用对象stud1的公用成员函数的公用成员函数display();/错误，没有指明是哪一个对象的错误，没有指明是哪一个对象的display函数函数由于没有指明对象名，编译时把由于没有指明对象名，编译时把display作为普通函作为普通函数处理。数处理。应该注意所访问的成员是公用的应该注意所访问的成员是公用的(public)还是私有还是私有的的(private)。只能访问只能访问public成员，而不能访问成员，而不能访问private成员，如果已定义成员，如果已定义num为私有数据成员，下为私有数据成员，下面的语句是错误的：面的语句是错误的：stud1.num=10101;/num是私有数据成员，不能被外界引用是私有数据成员，不能被外界引用 在类外只能调用公用的成员函数。在一个类中应当在类外只能调用公用的成员函数。在一个类中应当至少有一个公用的成员函数，作为对外的接口，否至少有一个公用的成员函数，作为对外的接口，否则就无法对对象进行任何操作。则就无法对对象进行任何操作。在第在第7章第章第7.1.5节中介绍了指向结构体变量的指针，节中介绍了指向结构体变量的指针，可以通过指针引用结构体中的成员。用指针访问对可以通过指针引用结构体中的成员。用指针访问对象中的成员的方法与此类似。如果有以下程序段：象中的成员的方法与此类似。如果有以下程序段：class Timepublic:/数据成员是公用的数据成员是公用的int hour;int minute;Time t,*p;/定义对象定义对象t和指针变量和指针变量pp=&t;/使使p指向对象指向对象tcouthour;/输出输出p指向的对象中的成员指向的对象中的成员hour在在p指向指向t的前提下，的前提下，p-hour，(*p).hour和和t.hour三三者等价。者等价。8.4.2 通过指向对象的指针访问对象中的成员通过指向对象的指针访问对象中的成员如果为一个对象定义了一个引用变量，它们是共占如果为一个对象定义了一个引用变量，它们是共占同一段存储单元的，实际上它们是同一个对象，只同一段存储单元的，实际上它们是同一个对象，只是用不同的名字表示而已。因此完全可以通过引用是用不同的名字表示而已。因此完全可以通过引用变量来访问对象中的成员。变量来访问对象中的成员。如果已声明了如果已声明了Time类，并有以下定义语句：类，并有以下定义语句：Time t1;/定义对象定义对象t1Time&t2=t1;/定义定义Time类引用变量类引用变量t2，并使之初始化为并使之初始化为t1coutt2.hour;/输出对象输出对象t1中的成员中的成员hour由于由于t2与与t1共占同一段存储单元共占同一段存储单元(即即t2是是t1的别名的别名)，因此因此t2.hour就是就是t1.hour。本章第本章第8.6节的例节的例8.2中的程序中的程序(b),介绍的是引用变量介绍的是引用变量作为形参的情况，读者可以参考。作为形参的情况，读者可以参考。8.4.3 通过对象的引用变量来访问对象中的成员通过对象的引用变量来访问对象中的成员从前面的介绍已知：从前面的介绍已知：C+通过类来实现封装性，把通过类来实现封装性，把数据和与这些数据有关的操作封装在一个类中，或数据和与这些数据有关的操作封装在一个类中，或者说，类的作用是把数据和算法封装在用户声明的者说，类的作用是把数据和算法封装在用户声明的抽象数据类型中。抽象数据类型中。在声明了一个类以后，用户主要是通过调用公用的在声明了一个类以后，用户主要是通过调用公用的成员函数来实现类提供的功能成员函数来实现类提供的功能(例如对数据成员设例如对数据成员设置值，显示数据成员的值，对数据进行加工等