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第五章数据的共享与保护,清华大学郑莉,目录,5.1标识符的作用域与可见性5.2对象的生存期5.3类的静态成员5.4类的友元5.5共享数据的保护5.6多文件结构和编译预处理命令5.7综合实例个人银行账户管理程序5.8深度探索5.9小结,2,5.1.1作用域函数原形的作用域,作用域是一个标识符在程序正文中有效的区域。函数原型中的参数，其作用域始于(，结束于)。例如，设有下列原型声明：doublearea(doubleradius);,3,5.1标识符的作用域与可见性,radius的作用域仅在于此，不能用于程序正文其他地方，因而可有可无。,局部作用域,函数的形参，在块中声明的标识符，其作用域自声明处起，限于块中，例如：voidfun(inta)intb=a;cinb;if(b0)intc;.,4,5.1标识符的作用域与可见性5.1.1作用域,a的作用域,类作用域,类作用域作用于特定的成员名。类X的成员m具有类作用域，对m的访问方式如下：如果在X的成员函数中没有声明同名的局部作用域标识符，那么在该函数内可以访问成员m。通过表达式x.m或者X:m访问。通过表达式ptr-M,5,5.1标识符的作用域与可见性5.1.1作用域,文件作用域,不在前述各个作用域中出现的声明，就具有文件作用域，这样声明的标识符其作用域开始于声明点，结束于文件尾。,6,5.1标识符的作用域与可见性5.1.1作用域,/5_1.cpp#includeusingnamespacestd;inti;/全局变量，文件作用域intmain()i=5;/为全局变量i赋值/子块1inti;/局部变量，局部作用域i=7;couti=iendl;/输出7cout“i=”iendl;/输出5return0;,运行结果：i=7i=5,5.1.2可见性,可见性是从对标识符的引用的角度来谈的概念可见性表示从内层作用域向外层作用域“看”时能看见什么。如果标识在某处可见，则就可以在该处引用此标识符。,7,5.1标识符的作用域与可见性,5.1.2可见性（续）,标识符应声明在先，引用在后。如果某个标识符在外层中声明，且在内层中没有同一标识符的声明，则该标识符在内层可见。对于两个嵌套的作用域，如果在内层作用域内声明了与外层作用域中同名的标识符，则外层作用域的标识符在内层不可见。,8,5.1标识符的作用域与可见性,同一作用域中的同名标识符,在同一作用域内的对象名、函数名、枚举常量名会隐藏同名的类名或枚举类型名。重载的函数可以有相同的函数名。,9,5.1标识符的作用域与可见性5.1.2可见性,5.2对象的生存期,对象从产生到结束的这段时间就是它的生存期。在对象生存期内，对象将保持它的值，直到被更新为止。,10,5.2.1静态生存期,这种生存期与程序的运行期相同。在文件作用域中声明的对象具有这种生存期。在函数内部声明静态生存期对象，要冠以关键字static。,11,5.2对象的生存期,5.2.2动态生存期,块作用域中声明的，没有用static修饰的对象是动态生存期的对象（习惯称局部生存期对象）。开始于程序执行到声明点时，结束于命名该标识符的作用域结束处。,12,5.2对象的生存期,例5-2变量的生存期与可见性,#includeusingnamespacestd;inti=1;/i为全局变量，具有静态生存期。voidother()staticinta=2;staticintb;/a,b为静态局部变量，具有全局寿命，局部可见。/只第一次进入函数时被初始化。intc=10;/C为局部变量，具有动态生存期，/每次进入函数时都初始化。a+=2;i+=32;c+=5;cout-OTHER-n;couti:ia:ab:bc:cendl;b=a;,13,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,intmain()staticinta;/静态局部变量，有全局寿命，局部可见。intb=-10;/b,c为局部变量，具有动态生存期。intc=0;cout-MAIN-n;couti:ia:ab:bc:cendl;c+=8;other();cout-MAIN-n;couti:ia:ab:bc:cendl;i+=10;other();return0;,14,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,例5-2续,运行结果：-MAIN-i:1a:0b:-10c:0-OTHER-i:33a:4b:0c:15-MAIN-i:33a:0b:-10c:8-OTHER-i:75a:6b:4c:15,例5-2（续）,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,例5-3具有静态、动态生存期对象的时钟程序,#includeusingnamespacestd;classClock/时钟类定义public:/外部接口Clock();/三个形参均具有函数原型作用域voidsetTime(intnewH,intnewM,intnewS);voidshowTime();private:/私有数据成员inthour,minute,second;,16,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,Clock:Clock():hour(0),minute(0),second(0)/构造函数voidClock:setTime(intnewH,intnewM,intnewS)/三个形参均具有局部作用域hour=newH;minute=newM;second=newS;voidClock:showTime()couthour:minute:secondendl;,17,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,例5-3续,ClockglobClock;/声明对象globClock，/具有静态生存期，文件作用域intmain()/主函数coutFirsttimeoutput:endl;/引用具有文件作用域的对象：globClock.showTime();/对象的成员函数具有类作用域globClock.setTime(8,30,30);ClockmyClock(globClock);/声明具有块作用域的对象myClockcoutSecondtimeoutput:endl;myClock.showTime();/引用具有块作用域的对象return0;,18,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,例5-3续,程序的运行结果为：Firsttimeoutput:0:0:0Secondtimeoutput:8:30:30,例5-3（续）,5.2对象的生存期5.2.2动态生存期,5.3.1静态数据成员,静态数据成员用关键字static声明该类的所有对象维护该成员的同一个拷贝，静态数据成员具有静态生存期。必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。,20,5.3类的静态成员,例5-4具有静态数据成员的Point类,21,5.3类的静态成员5.3.1静态数据成员,/5_4.cpp#includeusingnamespacestd;classPoint/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,22,例5-4静态成员举例,5.3类的静态成员5.3.1静态数据成员,voidshowCount()/输出静态数据成员coutObjectcount=countendl;private:/私有数据成员intx,y;staticintcount;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;intPoint:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定intmain()/主函数Pointa(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1coutPointA:a.getX(),a.getY();a.showCount();/输出对象个数Pointb(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1coutPointB:b.getX(),b.getY();b.showCount();/输出对象个数return0;,23,例5-4续,5.3类的静态成员5.3.1静态数据成员,例5-4（续）,运行结果：PointA:4,5Objectcount=1PointB:4,5Objectcount=2,24,5.3类的静态成员5.3.1静态数据成员,5.3.2静态函数成员,静态函数成员类外代码可以使用类名和作用域操作符来调用静态成员函数。静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数。,25,5.3类的静态成员,例5-5具有静态数据、函数成员的Point类,26,5.3类的静态成员5.3.2静态函数成员,/5_5.cpp#includeusingnamespacestd;classPoint/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,27,5.3类的静态成员5.3.2静态函数成员,例5-5静态成员举例,private:/私有数据成员intx,y;staticintcount;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;intPoint:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定intmain()/主函数Pointa(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1coutPointA:a.getX(),a.getY();Point:showCount();/输出对象个数Pointb(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1coutPointB:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return0;,28,5.3类的静态成员5.3.2静态函数成员,例5-5（续）,5.4类的友元,友元是C+提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。通过将一个模块声明为另一个模块的友元，一个模块能够引用到另一个模块中本是被隐藏的信息。可以使用友元函数和友元类。为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。,29,5.4.1友元函数,友元函数是在类声明中由关键字friend修饰说明的非成员函数，在它的函数体中能够通过对象名访问private和protected成员作用：增加灵活性，使程序员可以在封装和快速性方面做合理选择。访问对象中的成员必须通过对象名。,30,5.4类的友元,例5-6使用友元函数计算两点间的距离,#include#includeclassPoint/Point类声明public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)intgetX()returnx;intgetY()returny;friendfloatdist(Point,31,5.4类的友元5.4.1友元函数,例5-6（续）,floatdist(Point,32,5.4类的友元5.4.1友元函数,运行结果：Thedistanceis:5,5.4.2友元类,若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。,33,5.4类的友元,友元类举例,classAfriendclassB;public:voiddisplay()coutxendl;private:intx;classBpublic:voidset(inti);voiddisplay();private:Aa;,34,5.4类的友元5.4.2友元类,voidB:set(inti)a.x=i;voidB:display()a.display();,友元关系是单向的,如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。,35,5.4类的友元5.4.2友元类,5.5.1常对象,常类型的对象必须进行初始化，而且不能被更新。常对象：必须进行初始化,不能被更新。const类名对象名常引用：被引用的对象不能被更新。const类型说明符y=j;.private:intx,y;Aconsta(3,4);/a是常对象，不能被更新,37,5.5共享数据的保护5.5.1常对象,5.5.2用const修饰的对象成员,常成员函数使用const关键字说明的函数。常成员函数不更新对象的数据成员。常成员函数说明格式：类型说明符函数名（参数表）const;这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。const关键字可以被用于参与对重载函数的区分通过常对象只能调用它的常成员函数。常数据成员使用const说明的数据成员。,38,5.5共享数据的保护,例5-7常成员函数举例,#includeusingnamespacestd;classRpublic:R(intr1,intr2):r1(r1),r2(r2)voidprint();voidprint()const;private:intr1,r2;,39,5.5共享数据的保护5.5.2用const修饰的对象成员,例5-7（续）,voidR:print()coutr1:r2endl;voidR:print()constcoutr1;r2endl;intmain()Ra(5,4);a.print();/调用voidprint()constRb(20,52);b.print();/调用voidprint()constreturn0;,40,5.5共享数据的保护5.5.2用const修饰的对象成员,运行结果：5:420;52,例5-8常数据成员举例,#includeusingnamespacestd;classApublic:A(inti);voidprint();private:constinta;staticconstintb;/静态常数据成员;,41,5.5共享数据的保护5.5.2用const修饰的对象成员,例5-8（续）,constintA:b=10;A:A(inti):a(i)voidA:print()couta:bendl;intmain()/*建立对象a和b，并以100和0作为初值，分别调用构造函数，通过构造函数的初始化列表给对象的常数据成员赋初值*/Aa1(100),a2(0);a1.print();a2.print();return0;,42,5.5共享数据的保护5.5.2用const修饰的对象成员,运行结果：100:100:10,5.5.3常引用,如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。常引用所引用的对象不能被更新。如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：const类型说明符,43,5.5共享数据的保护,例5-9常引用作形参,#include#includeusingnamespacestd;classPoint/Point类定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)intgetX()returnx;intgetY()returny;friendfloatdist(constPoint,44,5.5共享数据的保护5.5.3常引用,例5-9（续）,floatdist(constPoint,45,5.5共享数据的保护5.5.3常引用,5.6.1C+程序的一般组织结构,一个源程序可以划分为多个源文件：类声明文件（.h文件）类实现文件（.cpp文件）类的使用文件（main()所在的.cpp文件）利用工程来组合各个文件。,46,5.6多文件结构和编译预处理命令,例5-10具有静态数据、函数成员的Point类，多文件组织,/文件1，类的定义，Point.hclassPoint/类的定义public:/外部接口Point(intx=0,inty=0):x(x),y(y)Point(constPoint,47,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,例5-10（续）,/文件2，类的实现，Point.cpp#includePoint.h#includeusingnamespacestd;intPoint:count=0;/使用类名初始化静态数据成员Point:Point(constPoint,48,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,例5-10（续）,/文件3，主函数，5_10.cpp#includePoint.h#includeusingnamespacestd;intmain()Pointa(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1coutPointA:a.getX(),a.getY();Point:showCount();/输出对象个数Pointb(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1coutPointB:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return0;,49,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,例5-10（续）,50,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,外部变量,如果一个变量除了在定义它的源文件中可以使用外，还能被其它文件使用，那么就称这个变量是外部变量。文件作用域中定义的变量，缺省情况下都是外部变量，但在其它文件中如果需要使用这一变量，需要用extern关键字加以声明。,51,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.2外部变量与外部函数,外部函数,在所有类之外声明的函数（也就是非成员函数），都是具有文件作用域的。这样的函数都可以在不同的编译单元中被调用，只要在调用之前进行引用性声明（即声明函数原型）即可。也可以在声明函数原型或定义函数时用extern修饰，其效果与不加修饰的缺省状态是一样的。,52,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,将变量和函数限制在编译单元内,使用匿名的命名空间：在匿名命名空间中定义的变量和函数，都不会暴露给其它的编译单元。namespace/匿名的命名空间intn;voidf()n+;这里被“namespace”括起的区域都属于匿名的命名空间。,53,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.1C+的一般组织结构,5.6.3标准C+库,标准C+类库是一个极为灵活并可扩展的可重用软件模块的集合。标准C+类与组件在逻辑上分为6种类型：输入/输出类容器类与ADT（抽象数据类型）存储管理类算法错误处理运行环境支持,54,5.6多文件结构和编译预处理命令,5.6.4编译预处理,#include包含指令将一个源文件嵌入到当前源文件中该点处。#include按标准方式搜索，文件位于C+系统目录的include子目录下#include文件名首先在当前目录中搜索，若没有，再按标准方式搜索。#define宏定义指令定义符号常量，很多情况下已被const定义语句取代。定义带参数宏，已被内联函数取代。#undef删除由#define定义的宏，使之不再起作用。,55,5.6多文件结构和编译预处理命令,条件编译指令#if和#endif,#if常量表达式/当“常量表达式”非零时编译程序正文#endif.,56,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.4编译预处理,条件编译指令#else,#if常量表达式/当“常量表达式”非零时编译程序正文1#else/当“常量表达式”为零时编译程序正文2#endif,57,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.4编译预处理,条件编译指令#elif,#if常量表达式1程序正文1/当“常量表达式1”非零时编译#elif常量表达式2程序正文2/当“常量表达式2”非零时编译#else程序正文3/其他情况下编译#endif,58,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.4编译预处理,条件编译指令（续）,#ifdef标识符程序段1#else程序段2#endif如果“标识符”经#defined定义过，且未经undef删除，则编译程序段1，否则编译程序段2。,59,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.4编译预处理,条件编译指令（续）,#ifndef标识符程序段1#else程序段2#endif如果“标识符”未被定义过，则编译程序段1，否则编译程序段2。,60,5.6多文件结构和编译预处理命令5.6.4编译预处理,5.7综合实例个人银行账户管理程序,在上一章综合实例的基础上对程序作如下改进：为SavingsAccount类增加一个静态数据成员total，用来记录各个账户的总金额，并为其增加相应的静态成员函数getTotal用来对其进行访问。将上一节综合实例程序中SavingsAccount类的诸如getBalance、accumulate这些不需要改变对象状态的成员函数声明为常成员函数。将在上一章综合实例的基础上对程序结构进行调整：建立两个新的文件account.h和account.cpp，分别存放SavingsAccount类的定义和实现。,61,/account.h#ifndef_ACCOUNT_H_#define_ACCOUNT_H_classSavingsAccount/储蓄账户类private:intid;/账号doublebalance;/余额doublerate;/存款的年利率intlastDate;/上次变更余额的时期doubleaccumulation;/余额按日累加之和staticdoubletotal;/所有账户的总金额/记录一笔帐，date为日期，amount为金额，desc为说明voidrecord(intdate,doubleamount);/获得到指定日期为止的存款金额按日累积值doubleaccumulate(intdate)constreturnaccumulation+balance*(date-lastDate);,62,5.7综合实例个人银行账户管理程序,public:/构造函数SavingsAccount(intdate,intid,doublerate);intgetId()constreturnid;doublegetBalance()constreturnbalance;doublegetRate()constreturnrate;staticdoublegetTotal()returntotal;/存入现金voiddeposit(intdate,doubleamount);/取出现金voidwithdraw(intdate,doubleamount);/结算利息，每年1月1日调用一次该函数voidsettle(intdate);/显示账户信息voidshow()const;#endif/_ACCOUNT_H_,63,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,/account.cpp#includeaccount.h#include#includeusingnamespacestd;doubleSavingsAccount:total=0;/SavingsAccount类相关成员函数的实现SavingsAccount:SavingsAccount(intdate,intid,doublerate):id(id),balance(0),rate(rate),lastDate(date),accumulation(0)coutdatet#idiscreatedendl;voidSavingsAccount:record(intdate,doubleamount)accumulation=accumulate(date);lastDate=date;amount=floor(amount*100+0.5)/100;/保留小数点后两位balance+=amount;total+=amount;coutdatet#idtamounttbalancegetBalance()coutError:notenoughmoneyendl;elserecord(date,-amount);voidSavingsAccount:settle(intdate)/计算年息doubleinterest=accumulate(date)*rate/365;if(interest!=0)record(date,interest);accumulation=0;voidSavingsAccount:show()constcout#idtBalance:balance;,65,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,/5_11.cpp#includeaccount.h#includeusingnamespacestd;intmain()/建立几个账户SavingsAccountsa0(1,21325302,0.015);SavingsAccountsa1(1,58320212,0.015);/几笔账目sa0.deposit(5,5000);sa1.deposit(25,10000);sa0.deposit(45,5500);sa1.withdraw(60,4000);/开户后第90天到了银行的计息日，结算所有账户的年息sa0.settle(90);sa1.settle(90);/输出各个账户信息sa0.show();coutendl;sa1.show();coutendl;coutTotal:SavingsAccount:getTotal()endl;return0;,66,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,例5-11（续）,运行结果：1#21325302iscreated1#58320212iscreated5#213253025000500025#58320212100001000045#2132530255001050060#58320212-4000600090#2132530227.6410527.690#5832021221.786021.78#21325302Balance:10527.6#58320212Balance:6021.78Total:16549.4,67,5.7综合实例个人银行账户管理程序,5.8.1常成员函数的声明原则,适当地将成员函数声明为常成员函数，能够提高代码质量。凡是不会改变对象状态的函数，都应当声明为常成员函数。什么是改变对象状态？改变对象状态，不简单地等同于改变成员数据的值。只要一个成员函数执行与否，不会影响以后接口函数的调用结果，都可以认为它不会改变对象状态。,68,5.8深度探索,5.8.1常成员函数的声明原则（续）,classLine/Line类的定义public:/外部接口Line(constPoint,69,5.8深度探索,改变数据成员，但不改变对象状态,5.8.1常成员函数的声明原则（续）,在原则上，应当将getLen声明为常成员函数，但由于修改了数据成员的值，语言规则不允许怎么办？使用mutable关键字mutable关键字使得被修饰的成员对象无视“常对象的成员对象被视为常对象”这一语言原则Mutable须慎用,70,5.8深度探索,修改后的代码,classLine/Line类的定义public:/外部接口Line(constPoint,71,5.8深度探索5.8.1常成员函数的声明原则,代码的编译,编译：源文件目标文件源文件的函数代码目标文件的代码段源文件的静态对象目标文件的数据段分为初始化的数据段和未初始化的数据段符号表：将静态对象与函数的名字与地址关联重定位信息、其它信息,72,5.8深度探索5.8.2代码的编译连接与执行过程,代码的编译（续）,a.cppexterninty;intfunc(intv);intmain()intz=1;y=func(z);return0;,73,5.8深度探索5.8.1代码的编译连接与执行过程,代码的编译（续）,b.cppintx=3;inty;intfunc(intv)returnv+x;,74,5.8深度探索5.8.2代码的编译连接与执行过程,代码的连接与执行,连接将各段合并将符号表综合根据重定位信息，确定代码中用到的全局地址代码的执行操作系统首先将文件从磁盘读入，初始化各段一些静态数据就在此时被初始化从引导代码开始执行，引导代码启动main，main返回后，引导代码通知操作系统程序结束,75,5.8深度探索5.8.2代码的编译连接与执行过程,5.9小结,主要内容作用域与可见性、对象的生存期、数据的共享与保护、友元、编译预处理命令、多文件结构和工程达到的目标深入理解程序的结构、模块间的关系、数据共享。,76,
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