C++程序设计第7章类和对象的基础.ppt

第7章类和对象的基础 本章内容提要 类与对象的定义对象的初始化成员函数的特性静态成员友元类的作用域与对象的生存期 一 类与对象的定义 什么是类 类是一种新的数据类型 类是逻辑相关的函数和数据的封装 是对所处理的问题的抽象描述 所以 类是实现抽象类型的工具 类 Class 是一种用户定义的类型 它包括定义的数据和其对应的操作 函数 使用对象将数据和操作进行封装 Encapsulation 什么是对象 类实例化后便生成对象 对象 Object 含有数据 对象的属性Attribute 又含有对数据的操作代码 Method 的一个逻辑封装体 属性 描述对象特征的数据 方法 对属性的操作 面向对象编程利用对象进行程序设计 1 类的定义 类的定义一般分为说明部分和实现部分 说明部分 类中的成员数据成员成员函数的说明实现部分成员函数的具体定义例如 定义一个汽车类型号 外壳 车轮等 数据成员 启动 加速和停止等 成员函数 类的定义格式 class public private protected 例 坐标点类 问题 将坐标点与相应操作封装成类 classTPoint public voidSetxy inta intb 说明在类体内 定义在类体外voidMove int int 函数原型声明 参数名可给可不给出voidPrint intGetx intGety private intx y 数据成员 例 坐标点类 续上 问题 将坐标点与相应操作封装成类 voidTPoint Setxy inta intb x a y b voidTPoint move inta intb x x a y y b voidTPoint Print cout x Getx y Gety intTPoint Getx returnx intTPoint Gety returny 在类体外定义成员函数的一般格式为 函数类型 类名 成员函数 参数表 其中 作用域运算符 是用来标识成员函数是属于哪个类的 类名 是成员函数所属类的名字 若在函数前加关键词inline 则成为内联成员函数 若函数较短 可以在类内定义 也称作内联成员函数 例 坐标点类 内联函数形式 问题 将说明部分和实现部分都在类体内定义 classTPoint 类名 public 声明其后为公有成员voidSetxy inta intb x a y b voidMove inta intb x x a y y b voidPrint cout x Getx y Gety intGetx returnx intGety returny private intx y 数据成员 2 对象的定义与使用 对象的定义格式 说明 是定义对象所属类的名字 可有多个对象名 用逗号分隔 例如 TPointp1 p2 定义TPoint类型的对象p1和p2 TPoint p 定义一个TPoint类型的对象数组 2 对象的定义与使用 对象中数据成员和成员函数的表示方式1 例如 p1 x p1 y p1 Setxy 2 3 对象中数据成员和成员函数的表示方式2 或者 或者 例如 p x p y p Getxy inta intb 或者 p x p y p Getxy inta intb 例7 1 问题 对象的定义和成员函数的调用 include include Tpoint h voidmain TPointp1 p2 TPoint p 该程序的运行结果为x 1y 2x 3y 4x 5y 6x 11y 14x 6y 8x 11y 14 对象定义的实质 定义一个类 就相当于定义了一种类型 它并不会接受或存储具体的值 只作为一个样板 只有被实例化生成对象以后 系统才为对象分配存储空间 为节省内存 在创建对象时 只为每个对象的数据成员分配内存 而成员函数只是一次性存放在静态存储区中 为所有的对象共享 例如 TPointp1 p2 二 对象的初始化 在类的定义中 无法用表达式初始化数据成员 因此 在声明一个对象时 对象的初始状态是不确定的 需要初始化 对象初始化可以使用 构造函数析构函数复制构造函数 1 构造函数 构造函数是一种特殊的成员函数 它主要用来为对象分配空间 给他的数据成员赋值 初始化 并执行对象的其他内部管理操作 说明 构造函数的名字必须与类的名字相同 并且构造函数无返回值 不允许定义构造函数的返回值类型 包括void类型 但允许有参数 构造函数是成员函数 函数体可写在类体内 也可写在类体外 构造函数可以重载 注意 构造函数在对象创建时由系统自动调用 这是它与类的普通成员函数之间的最大区别 构造函数的定义格式如下 例7 2 问题 构造函数的定义举例 includeclassTpoint public Tpoint intm intn x m y n 定义构造函数intGetx returnx intGety returny private intx y voidmain Tpointa 10 20 Tpointb 15 25 cout a Getx a Gety endl cout b Getx b Gety endl 该程序的运行结果如下 10 2015 25 2 析构函数 析构函数也是类中的特殊成员函数 与类名字相象 在前加一个波浪号 它没有参数 也没有返回值 在一个类中只能有一个析构函数 析构函数执行与构造函数相反的操作 通常用于释放分配给对象的存储空间 当程序超出类对象的作用域时 或者当对一个类指针使用运算符delete时 将自动执行析构函数 说明 和构造函数一样 如果不定义析构函数 编译程序将提供一个缺省的析构函数 对大多数类来说 缺省的析构函数就能满足要求 如果在一个对象完成其操作之前还需要做一些内部处理 则应显式的定义析构函数 析构函数的定义格式如下 注意 析构函数仅能有一个 不能重载 例7 3 问题 构造函数和析构函数举例 includeclassTpoint public Tpoint intm intn x m y n 定义构造函数 Tpoint intGetx returnx intGety returny private intx y Tpoint Tpoint cout Destructorcalled n voidmain Tpointa 10 20 Tpointb 15 25 cout a Getx a Gety endl cout b Getx b Gety endl 该程序的运行结果如下 10 2015 25Destructorcalled Destructorcalled 类的构造函数和析构函数注意 类的构造函数在程序中为对象创建时分配系统资源提供了初始化的方法 析构函数为对象撤销时释放系统资源提供了方法 无论用户是否定义构造函数和析构函数 它们都默认存在 只要定义了新类 类的对象在创建和撤销时 构造函数和析构函数将会被调用 3 复制构造函数 已有变量可以初始化另一个变量 inta 5 intb a 同样 已有对象也可以初始化另一个对象 复制构造函数是一种特殊的成员函数 其功能是用一个已经初始化过了的对象去初始化另一个新创建的对象 复制构造函数的定义格式如下 注意 它只有一个参数 是对某个对象的引用 例7 4 问题 调用复制构造函数的例子 includeclassTpoint public Tpoint intm intn 定义构造函数 Tpoint 定义析构函数Tpoint Tpoint 例7 4 问题 调用复制构造函数的例子 voidmain Tpointa 10 20 Tpointb 15 25 Tpointc a cout a Getx a Gety endl cout b Getx b Gety endl cout c Getx c Gety endl 该程序的运行结果为 Callconstructor Callconstructor Copyconstructor 10 2015 2510 20Destructorcalled Destructorcalled Destructorcalled 7 3成员函数的特性 成员函数除了说明和定义之外 还有一些相关的特性 内联函数和外联函数成员函数重载设置参数的缺省值 1 内联函数和外联函数 类的成员函数可以分为内联函数和外联函数 内联函数是指那些定义在类体内的成员函数 即该函数的函数体放在类体内 而说明在类体内 定义在类体外的成员函数叫外联函数 外联函数的函数体在类的实现部分 两者的区别 一般函数进行调用时 要将程序执行权转到被调用函数中 然后再返回到调用它的函数中 而内联函数则是在编译时 将调用表达式用内联函数体来替换 这样在使用时去掉了调用环节 提高运行速度 缺点 如果内联函数代码过大 则目标程序会加大 例7 5 问题 内联函数与外联函数实例 includeclassA public A intm intn 内联函数 定义在类体内 x m y n intGetx returnx 内联函数 定义在类体内intGety returny 内联函数 定义在类体内intsumxy 内联函数 定义在类体外 但进行了转化intarea 外联函数 定义在类体外private intx y inlineintA sumxy 由外联函数转化为内联函数 returnGetx Gety intA area returnGetx Gety voidmain As 10 20 cout sum s sumxy area s area endl 在使用内联函数时 应注意以下几点 1 在内联函数内不允许用循环语句和开关语句 2 内联函数的定义必须出现在内联函数第一次被调用之前 3 内联函数无法进行递归调用 2 成员函数重载 在前面介绍的成员函数中 除了析构函数不能重载外 其他的成员函数都可以进行重载 但重载必须满足以下条件之一 参数个数不同 参数类型不同 当参数个数相同时 参数类型至少有一个不同 仅有返回值不同的函数是不能重载的 例7 6 问题 成员函数重载实例 includeclassB public B inta x a 1 y a B inta intb x a y b intadd intadd inta intadd inta intb intGetx returnx intGety returny private intx y intB add returnx y intB add inta x y a returnx y intB add inta intb x a y b returnx y 例7 6 问题 成员函数重载实例 voidmain Bm 5 7 n 6 cout m m Getx m Gety endl cout n n Getx n Gety endl inti m add intj m add 1 2 intk n add 4 cout i endl j endl k endl 该程序的运行结果为 m 5 7n 7 61238 3 设置参数的缺省值 成员函数和普通函数一样 可以设置参数的缺省值 一般的成员函数和构造函数都可以被设置参数的缺省值 例7 7 问题 设置默认参数应用举例 includeusingnamespacestd classB public B inta 10 intb 20 intc 30 intGetx returnx intGety returny intGetz returnz private intx y z B B inta intb intc x a y b z c 例7 7 问题 设置默认参数应用举例 voidmain Bi j 1 k 1 2 r 1 2 3 cout i i Getx i Gety i Getz endl cout j j Getx j Gety j Getz endl cout k k Getx k Gety k Getz endl cout r r Getx r Gety r Getz endl 该程序的运行结果为 i 102030j 12030k 1230r 123 四 静态成员 静态成员可以实现多个对象之间的数据共享 并且使用静态成员还不会破坏隐藏的原则 保证了安全性 静态数据成员静态成员函数 1 静态数据成员 静态数据成员是类的所有对象中共享的成员 而不是某个对象的成员 弥补了全局变量的不足 它相对于类中的 全局变量 注意 静态成员所占空间不会随着对象的产生而分配 随着对象的消失而回收 例7 8 问题 静态数据成员定义 includeusingnamespacestd classtime public time int int voiddisplay private staticinthour hour是一个静态数据成员 intminute intsecond 例7 8 问题 静态数据成员定义 time time intm ints minute m second s inttime hour 15 voidtime display cout hour minute second endl voidmain timet1 06 20 t2 10 30 t1 display t2 display 该程序的运行结果为 15 6 2015 10 30 说明 静态数据成员的初始化应在类体外进行 其格式如下 例如 inttime hour 15 在数据成员前不加static 而应使用作用域运算符来表明所属类 在程序中如果静态数据成员的访问权限为公有 public 成员 则可按如下格式引用 前面直接用类名静态数据成员被存放在静态存储区 2 静态成员函数 在静态成员函数的实现中 可以直接引用静态成员 但不能直接引用非静态成员 如果要引用非静态成员时 可通过对象来引用 对静态成员函数的引用 在程序中一般使用下列格式 类名 静态成员函数 参数表 有时 也可以由对象来引用 格式如下 对象 静态成员函数 参数表 例7 9 问题 静态成员函数对非静态成员的引用 includeclasstest public test inta A a B a staticvoidf testm 静态公有成员函数声明private intA staticintB 静态私有成员 例7 9 问题 静态成员函数对非静态成员的引用 inttest B 0 静态成员初始化voidtest f testm cout A m A endl 引用类的非静态成员 用对象引用cout B B endl 引用类的静态成员 直接引用 voidmain testX 10 Y 20 test f X 调用静态成员函数test f Y 调用静态成员函数 该程序的运行结果为 静态成员函数的使用注意 只能访问类的静态数据成员 而不能直接访问类中的普通成员 需用点域法 静态成员函数与类相联系 而不与类的对象相联系 所以在类的外部调用类中的公有静态成员函数 必须在其左面加 类名 而不是通过对象名调用公有静态成员函数 在类的外部不能调用类中的私有静态成员函数 五 友元 为了方便类内数据的访问 提出友元方案 两种形式友元函数友元类特点 破坏了类的封闭性和隐藏性 但是提高了程序的运行效率 1 友元函数 友元函数是定义在类外部的普通函数 但对它的说明是在类内部 在友元函数的说明前加关键字friend 友元函数说明格式 friend类型友元函数名 参数表 在类外定义友元函数的格式 类型函数名 类注意 友元函数不是成员函数 但可以访问类中的私有成员 声明可在私有部分 也可在公有部分 作用相同 友元函数的调用方式于普通函数相同 友元函数关系示意图 例7 10 问题 友元函数与普通函数 includeusingnamespacestd classStudent private intx friendvoidgetf Student 调用该友元函数 该程序的运行结果为 10 例7 10 问题 友元函数与普通函数 includeusingnamespacestd classStudent private intx public voidget 成员函数 x 20 cout x endl voidmain Students s get 该程序的运行结果为 20 2 友元类 当希望一个类可以存取另一个类的私有成员时 可以将该类声明为另一个类的友元类 此时 该类的所有成员函数都可以访问另一个类中的所有成员 定义友元类的语句格式如下 friendclass 其中 friend和class是关键字 类名必须是程序中的一个已定义过的类 使用友元类注意事项 是单向的 如类A是类B的友元 但类B并不是类A的友元 不具有传递性 若类X是类Y的友元 类Y是类Z的友元 但类X不是类Z的友元 例7 11 问题 友元类实例 includeusingnamespacestd classX classY public Y strcpy cname 计算机语言 voidprint cout cname endl friendclassX 友元类的声明private charcname 30 例7 11 问题 友元类实例 classX public X char na char ena strcpy X name na strcpy X ename ena voidEditcname Y 例7 11 问题 友元类实例 voidmain Xa C 语言程序设计 TheC ProgrammingLanguage Yb a Editcname b a print b print 该程序的运行结果为 C 语言程序设计TheC ProgrammingLanguage 计算机高级语言 六 类的作用域 类的作用域简称类域 它是指类的定义和相应成员函数的定义范围 注意 一个类在类域内对任何成员都是开放的 而对类域外的类或函数的访问受到限制 在类域中定义的变量不能使用auto register和extern等修饰符 只能用static修饰符 而定义的函数也不能用extern修饰符 类本身可被定义在三种作用域内 全局作用域 一般的C 类 在另一个类的作用域中 嵌套类 在一个块的局部作用域中 局部类 例 问题 全局作用域 intfork void 全局fork函数classProcess intfork void 成员函数fork隐藏了全局函数fork 前者能通过单目域运算符调用后者 intProcess fork void intpid fork 调用全局fork函数 例 问题 嵌套类的例子 classRectangle public Rectangle int int int int private classPoint public Point int int private intx y PointtopLeft botRight Rectangle Point Point intx inty 同样 在类域外访问嵌套类需要限制类名 例如 Rectangle Pointpt 1 1 例 问题 局部类的例子 voidRender Image 例 问题 综合例子 classa intx 类变量x说明public intfun 类成员函数fun 说明 intx 全局变量x的说明intfun 全局函数fun 的说明inta fun 类a中fun 成员函数的定义 x 全局变量x 必须用 来引用returnx 类的成员x 2 对象的生存期 不同存储的对象生存期不同 对象的生存期是指对象从被创建开始到被释放为止的时间 按生存期的不同对象可分为如下三种 局部对象静态对象全局对象 1 局部对象 当对象被定义时调用构造函数 该对象被创建 当程序退出定义该对象所在的函数体或程序块时 调用析构函数 释放该对象 注意 一般定义在一个函数体或程序块内 它的作用域小 生存期短 2 静态对象 当程序第一次执行所定义的静态对象时 该对象被创建 当程序结束时 该对象被释放 注意 定义在一个文件中 它的作用域从定义时起到文件结束时止 3 全局对象 当程序开始时 调用构造函数创建该对象 当程序结束时调用析构函数释放该对象 注意 被定义在某个文件中 它的作用域在包含该文件的整个程序中 例7 12 问题 不同对象生存期实例 includeclassA public A int A private intx A A inta x a cout Thenumberis x endl A A cout Destructorcalledno x endl 例7 12 问题 不同对象生存期实例 voidf1 AA5 5 局部对象cout Inf1 endl AA1 1 全局对象staticAA2 2 外部静态对象voidmain staticAA3 3 内部静态对象AA4 4 局部对象cout Inmain beforecallf1 endl f1 cout Inmain aftercallf1 endl 该程序的运行结果为 Thenumberis 1Thenumberis 2Thenumberis 3Thenumberis 4Inmain beforecallf1 Thenumberis 5Inf1 Destructorcalledno 5Inmain aftercallf1 Destructorcalledno 4Destructorcalledno 3Destructorcalledno 2Destructorcalledno 1 小结 类是一种复杂的数据类型 它是抽象数据类型的实现 是数据和相关操作的封装体 类的定义分两部分 说明和实现对象是类的一个实例 它是属于某个已知类的