C++程序结构

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,面向对象程序设计,西南交通大学信息科学与技术学院,主讲教师,:,喻琇瑛,第五章,C+,程序的结构,标识符的作用域、可见性、生存期,类成员的共享与保护,5.1,标识符的作用域与可见性,作用域：,讨论的是标识符的有效范围；,可见性：,讨论的是标识符是否可以引用的问题。,二者既相互联系，但又存在着差异。,1.,作用域,定义：,是一个标识符在程序正文中有效的区域。,标识符的引入与声明有关，作用域开始于标识符的声明处。,在,C+,中，作用域包括：函数原型作用域、块作用域（局部作用域）、类作用域和文件作用域这几种。,1,）,函数原型作用域,在,C+,中，最小的作用域是函数原型作用域。,在函数原型声明时形式参数的作用范围就是函数原型作用域。,例如,：,int GetScore,（,int score,）；,这里，标识符,score,的作用范围（即作用域）就是在函数,GetScore,的左右括号之间，在程序的其他地方无法引用这个标识符，这里，我们将标识符,score,的作用域就称为,函数原型作用域,。,说明：,对于这种情况，形参可以省略，声明中加上形参的目的是提高程序的可读性。,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,1,）,2,）块作用域,块：,块是一对大括号括起来的程序,。,块作用域：,当标识符的声明出现在一对花括号所括起来的一段程序（块：复合语句）内时，该标识符的作用域从声明点开始，到块结束处为止，该作用域的范围具有局部性。,void fn ( int y ),y,的作用域从此开始,int x=1,；,x,的作用域从此,开始,if (xy),cout x endl,；,else,cout y A,这样的表达式中，常用指向,C,类对象的指针来访问类的对象的成员，这里也具有类作用域。,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,3,）,4,）文件作用域,文件作用域：在所有函数定义之外说明的，不属于前面各个作用域中出现的声明，具有文件作用域。,其作用域开始于声明点，结束于文件尾。,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,4,）,例：,#include ,int a,；,/a,被声明为一个全局变量，具有,文件作用域,void main,（）, a=5,；,/,为具有文件作用域的,a,赋初值, /,大括号中为一个子块,int a,；,/,在子块中定义了局部变量,a,，具有,块作用域,a=3,；,/,为具有块作用域的,a,赋初值,cout“a=”aendl,；, /,子块结束,cout“a=”aendl,；,/,块结束，所以只有具有文件作用域的,a,有效，输出,5,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,5,）,2.,可见性,文件作用域,类作用域,块作用域,可见性是从标识符引用时是否可见的角度看。程序运行到某一点，能够引用到的标识符，就是该处可见的标识符。作用域由大到小见下图：,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,6,）,可见性的一般规则是：,标识符要先声明，后引用。,在同一作用域中，不能声明同名的标识符。,对于在不同的作用域声明的标识符，遵循的原则是：,当在,没有互相包含关系,的不同作用域中声明的同名的标识符互相不影响；,当存在,具有包含关系,的两个或多个作用域时，在外层声明了标识符后：如果内层中,没有声明与之同名的标识符,，则外层标识符在内层可见。如果内层中,声明了与外层同名的标识符,，则外层标识符在内层不可见。（例如：前面的例,5-1,）,如果被隐藏的是全局变量，则可用符号“：”来引用该全局变量。,5.1,标识符的作用域与可见性,(,续,7,完）,5 . 2,生存期,生存期：,变量和对象从产生到结束的这段时间就称为生存期。在生存期内，对象保持其状态，变量保持其值。,1,）静态生存期：,变量在固定的数据区中分配空间的，具有静态生命期。或者说：如果对象的生存期与程序的运行期相同，称其具有静态生存期。,通常有两种情况下，对象具有静态生存期：,在文件作用域中声明的对象,在函数内部的块作用域中用,static,关键字声明的对象。例如：,static int score,；,说明：,静态生命期的变量，若无显式初始化，则自动初始化为,0,。,函数驻在代码区，也具有静态生存期。在函数内部可以声明静态生存期的变量，即静态局部变量（加,static,）。,5 . 2,生存期（续,1,）,2,）局部生存期：,在,函数内部声明,的变量或者是,块中,声明的变量具有局部生存期。这种变量的生存期开始于程序执行经过其声明点时，而结束于其作用域结束处。,说明：,具有局部生存期的变量驻在内存的栈区。,具有局部生存期的变量如果未被初始化，则内容不可知。,5 . 2,生存期（续,2,）,#include ,int i=1,；,/i,为全局变量，具有文件作用域，静态生存期,void main(void),static int a,；,/a,为静态局部变量，具有全局寿命，局部可见,int b=-10,；,int c=0,；,void other(void),；,cout-MAIN-n,；,couti:ia:ab:bc:cendl,；,/,第一次,c=c+8,；,other(),；,/,调用,other,cout-MAIN-n,；,couti:ia,：,ab,：,bc,：,cendl,；,i=i+10,；,other(),；,/,调用,other,5 . 2,生存期（续,3,）,void other(void),static int a=2,；,static int b,；,int c=10,；,/c,为局部变量，每次进入函数时都被初始化,a=a+2,；,i=i+32,；,c=c+5,；,cout-OTHER-n,；,couti,：,ia,：,ab,：,bc,：,cendl,；,b=a,；,a,，,b,为静态局部变量，具有全局寿命，静态生存期，局部可见，只在第一次进入函数时被初始化,5 . 2,生存期（续,4,）,3,）动态生命期,：,这种生命期由程序中特定的函数调用,(malloc,（）和,free,（）或操作符,(new,和,delete),来创建和释放。,具有这种生命期的变量驻在内存的堆中。当用函数,malloc,（）或,new,为变量分配空间时，生命期开始，当用,free,（）或,delete,释放该变量的空间或程序结束时，生命期结束。,5 . 2,生存期（续,5,完）,5 . 3,数据与函数,数据和函数的关系包括：函数读数据的,访问权限,、函数之间的,数据共享,以及对共享数据的,保护,。,在,C+,中，一般可以通过局部变量、全局变量、类的数据成员、类的静态成员以及友元来实现函数之间的数据共享。,1,、局部变量,通常，定义于函数内部的变量称为局部变量，一般来说就是具有块作用域的变量。块作用域的范围是从变量定义处开始，到块的结束处为止。,作用：由于变量具有局部作用域，因此在不同函数体内的局部变量是互相不可见的，这就很好的实现了函数之间的数据隐蔽。,2,、全局变量,通常，定义于函数外部的变量称为全局变量。,作用：,将数据存放在全局变量中，不同的函数在不同的地方可以对同一个全局变量进行访问，实现了这些函数之间的数据共享。,5 . 3,数据与函数（续,1,）,3,、数据成员,在结构化程序设计中，只有参数传递和全局变量这两种方式来实现数据共享，而在,C+,中，还可以通过数据成员实现数据的隐藏和共享。,类的成员包括了函数成员和数据成员。类的数据成员可以被同类中的任何函数访问，从而在类的内部函数之间实现了数据的共享。,作用,：实现了共享和隐藏的两全。一方面在类内部函数之间实现了数据的共享，另一方面可以适当设置访问控制属性，限制这种共享，将共享限制在类的范围之内。,5 . 3,数据与函数（续,2,完）,5 . 4,静态成员,class student,private,：,int studentNo,：,char *name,；,.,问题：如何统计学生总数？,如果用类外的变量存储总数，不能实现数据的隐藏；,如果在类中增加一个数据成员来存放总数，那么每个对象都会存储一个副本，就会产生冗余，而且每个对分别维护一个“总数”，将造成数据的不一致性。,静态成员的内存,区,对象,1,对象,2,对象,3,对象,4,对象,5,对象,6,分两种：,静态数据成员,静态函数成员,5 . 4,静态成员（续,1,）,1,、静态数据成员,对比,：,类的普通数据成员：在每个对象中都拥有一个拷贝，即每个对象的同名数据成员可以分别存储不同数值；,类的静态数据成员：以,static,关键字来声明，每个类只有一个拷贝，这个类的所有对象共同维护使用这个拷贝，从而实现同一类的不同对象之间的数据共享。,静态数据成员的声明,：,在类的声明中对静态数据成员进行引用性说明，,必须在文件作用域的某个地方使用类名限定进行定义性说明，同时可以进行初始化。,注意：,静态数据成员在声明时如果没有赋初值，系统会自动为其赋初值为,0,。,5 . 4,静态成员（续,2,）,例：,#include ,class point,public,：,point,（,int xx=0,int yy=0,）,x=xx,；,y=yy,；,countP+,；,point,（,point &p,）；,int getX,（）,return x,；,void getC,（）,coutobject id,：,countPendl,；,private,：,int x,y,；,static int countP,；,；,5 . 4,静态成员（续,3,）,point,：,point,（,point &p,）,/,拷贝构造,x=p.x,；,y=p.y,；,countP+,；,int point,：,countP=0,；,void main,（）,point A,（,4,5,）；,cout,A,：,endl,；,A.getC,（）；,Point B,（,A,）；,coutB,：,endl,；,B.getC,（）；,运行结果：,A,：,Object id,：,1,B,Object id,：,2,对静态数据成员的定义性说明和初始化，不能缺少,5 . 4,静态成员（续,4,）,2,、静态函数成员,优点,：,不依赖于任何对象，可以直接访问静态数据。,1,）访问静态数据,5 . 4,静态成员（续,5,）,#include ,classs Point,public,：,Point,（,int xx=0,，,int yy=0,）,X=xx,；,Y=yy,；,countP+,；,Point,（,Point &p,）；,int getX,（）,return X,；,int getY,（）,return Y,；,static void getC,（）,cout“object id is ”countPendl,；,/,静态函数成员，将原例中的,getC,（）改为了,static,private,：,int X,，,Y,；,static int countP,；,/,静态数据成员引用性说明,；,5 . 4,静态成员（续,6,）,Point,：,Point,（,Point &p,）,X=p.X,；,Y=p.Y,；,CountP+,；,int Point,：,countP=0,；,void main,（）,Point A,（,4,，,5,）；,Cout“Point A,，”,A.getX,（）,“,，”,A.getY,（）；,A.getC,（）；,Point B,（,A,）；,Cout“Point B,，”,B.getX,（）,“,，”,B.getY,（）；,Point,：,getC,（）；,/,利用类名引用，输出对象号，不需要用对象名来引用,5 . 4,静态成员（续,7,）,2,）访问非静态数据成员,静态成员函数可以直接访问该类的静态数据和函数成员；,如果要访问非静态数据成员，则必须通过参数传递方式得到对象名，然后通过对象名来访问,。,5 . 4,静态成员（续,8,）,例：,class point,public,：,static void f,（,point a,）；,private,：,int x,，,y,；,；,void point,：,f,（,point a,）,coutx,；,/,错误，不能直接对,x,进行引用,couta.x,；,/,正确,5 . 4,静态成员（续,9,完）,5 . 5,友元,1.,友元函数,友元函数,：是在类声明中由关键字,friend,修饰的,非成员函数,。,友元函数的特点,：,是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看，它与普通函数一样，即在定义上和调用上与普通函数一样。下面举一例子说明友元函数的应用。,注意,：,友元函数可以是一个普通函数或其他类的成员函数，,它不是本类的成员函数,，但在友元函数体中可以通过对象名访问类的私有和保护成员。,例,1,：,class Point,public,：,Point,（,double xx,，,double yy,）, x=xx,；,y=yy,；,double Getx,（）；,friend double Distance,（,Point &a, Point &b,）；,/,声明友元函数,private,：,double x,，,y,；,；,double Point,：,Getx,（）, return x,；,double Distance,（,Point &a,，,Point &b,）,double dx =a.x-b.x,；,double dy=a.y-b.y,；,return sqrt,（,dx*dx+dy*dy,）；,直接访问,私有数据,5 . 5,友元（续,1,）,void main,（）,Point p1,（,3.0,，,4.0,），,p2,（,6.0,，,8.0,）；,p1.Getxy,（）；,p2.Getxy,（）；,double d=Distance,（,p1,，,p2,）；,coutDistance isdendl,；,注意，,Distance,是一个外部函数，而不是类,point,的公有函数，所以这里直接调用,5 . 5,友元（续,2,）,2.,友元类,友元除了前面讲过的函数以外，友元还可以是类，即一个类可以作另一个类的友元。当一个类作为另一个类的友元时，这就意味着这个类的所有成员函数都是另一个类的友元函数。,语法形式：,class B,.,friend class A,；,/,声明,A,类为,B,类的友元类,.,；,5 . 5,友元（续,3,）,例,# include ,class A, friend class B,；,/,声明,B,为,A,类的友元,public,：,void display,（）,coutxendl,；,int getx,（）,return x,；,private,：,int x,；,；,5 . 5,友元（续,4,）,class B, public,：,void set,（,int i,）；,void display,（）；,private,：,A a,；,；,void B,：,set,（,int i,）,a.x=i,；,cout,a.x,endl,；,由于,B,是,A,的友元，所以其成员函数中可以访问,A,类对象的私有成员；,5 . 5,友元（续,5,）,注意,友元关系是单向的，不继承，不传递,5 . 5,友元（续,6,）,5.6,共享数据的保护,问题,：在,C+,中，我们以数据隐藏来保证数据的安全性，但同时又采取各种方式进行数据共享，破坏了数据的安全性。,解决,：,对于既需要共享、又需要防止改变的数据应该声明为常量进行保护，因为常量在程序运行期间是不可改变的。,下面分别,介绍,常引用、常对象和对象的常成员。,5.6,共享数据的保护,（续,1,）,1.,常引用,使用,const,修饰符可以说明为常引用，,常引用,所引用的对象不能被更新。其定义格式如下：,const &,例如,：,const double & v,；,例,P140,例,5-7,在实际应用中，常指针和常引用往往用来做函数的形参，这样的参数称为常参数。,2.,常对象,常对象,是指对象常量，定义格式如下：, const ,或者,const ,例：,class clock,. ,clock const myclock,（,0,，,0,，,0,）；,定义常对象时，同样要进行初始化，并且该对象不能再被更新，修饰符,const,可放在类名后面，也可放在前面。,注意,：,常对象必须进行初始化,常对象不能被更新,常对象,5.6,共享数据的保护,（续,2,）,3.,用,const,修饰的类成员,1,）,常成员函数,使用,const,关键字进行说明的成员函数，称为常成员函数。只有常成员函数才有资格操作常量或常对象，没有使用,const,关键字说明的成员函数不能用来操作常对象。所以，所有的门对常对象都是关闭的，只有常成员函数是为常对象所提供的门（接口）。,常成员函数语法形式,：, ,（,）,const,；,其中，,const,是加在函数说明后面的类型修饰符，它是函数类型的一个组成部分，因此，在函数实现部分也要带,const,关键字。下面举一例子说明常成员函数的特征。,5.6,共享数据的保护,（续,3,）,5.6,共享数据的保护,（续,4,）,2,）常数据成员,类型修饰符,const,不仅可以说明成员函数，也可以说明数据成员。,由于,const,类型对象必须被初始化，并且不能更新,，,因此,，,在类中说明了,const,数据成员时，只能通过成员初始化列表的方式来生成构造函数对数据成员初始化。,5.6,共享数据的保护,（续,5,）,class A,public,：,A,（,int i,）；,void print,（）；,const int &r,；,private,：,const int a,；,static const int b,；,；,const int A,：,b=10,；,A:A,（,int i,）：,a,（,i,），,r,（,a,）,void A,：,print,（）,couta“:b“:rendl,；,void main,（）,A a1,（,100,），,a2,（,0,）；,a1.print,（）；,a2.print,（）；,运行结果为：,100,：,10,：,100,0,：,10,：,0,作 业,理解实例,5-11,并上机调试,5.11,，,5.12,，,5.14,Thank You !,